Skip to content
Home » Quantumcomputers in actie in de chemie

Quantumcomputers in actie in de chemie

    Quantumcomputers in actie in de chemie
    Quantumcomputers in actie in de chemie

    Schematische weergave van de ontleding van de interactie Hamiltoniaan W in lokale termen Wlokaal, ik en een niet-lokale term Wniet-lokaal voor een situatie met zes toestanden van één deeltje en twee toestanden per lokale interactieterm. Zwarte stippen vertegenwoordigen de toestanden van één deeltje. Credit: Fysiek beoordelingsonderzoek (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033160

    Quantumcomputers zijn een van de belangrijkste toekomstige technologieën van de 21e eeuw. Hun potentieel verrast zelfs de beste supercomputers. Ze hebben bewezen een krachtig hulpmiddel te zijn, met name voor het oplossen van complexe rekenproblemen – een taak die de grenzen van klassieke hardware verlegt.


    Een veelbelovende toepassing voor kwantumcomputing is kwantumchemie, waar het bijvoorbeeld wordt gebruikt om de elektronische Schrödinger-vergelijking op te lossen om de atomaire structuur van materialen of moleculen te voorspellen. In onderzoek zijn computersimulaties essentieel om dergelijke problemen te behandelen. Met numerieke methoden is dit echter slechts in beperkte mate mogelijk op klassieke computers.

    Onderzoekers van Paderborn University hebben nu een manier gevonden om efficiënt simulaties uit te voeren met grote moleculen op kwantumcomputers, die informatie moeten opleveren over hun energieën en kernkrachten. De onderzoekers richten zich op parallellisatie en stellen een nieuw algoritme en technieken voor om het aantal qubits, het aantal kwantumprogramma’s en de diepte van deze programma’s te verminderen. Het doel is onder meer het foutenpercentage te minimaliseren. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Fysiek beoordelingsonderzoek.

    ‘Het maakt het probleem parallelleerbaar’

    Hoewel kwantumcomputers een voorsprong hebben als het gaat om het oplossen van complexe computertaken, hebben ze extreem hoge computerbronnen nodig om dit te doen. Het efficiënt onderzoeken van chemische eigenschappen vormt daarom vandaag de dag nog steeds een uitdaging. Maar qubits – de fundamentele informatie-eenheden in kwantumcomputing – maken dit mogelijk. Deze zijn echter gevoelig voor fouten, wat resulteert in kwantumruis.

    Professor Thomas D. Kühne en zijn collega’s van de Paderborn University hebben hiervoor een oplossing bedacht: “We hebben een nieuw algoritme ontwikkeld, waarmee we complexe berekeningen hebben opgedeeld in verschillende kleine subeenheden. Dit vermindert het vereiste aantal qubits en maakt het probleem parallelleerbaar. Dit betekent dat berekeningen na elkaar worden uitgevoerd”, legt Kühne uit, hoofd van de werkgroep Theoretische Chemie van de universiteit.

    dr Robert Schade, een wetenschappelijk adviseur bij het nieuwe high-performance computercentrum van het Paderborn Center for Parallel Computing (PC²), die ook betrokken is bij het project, voegt toe: “Dit betekent dat veel grotere moleculen dan voorheen kunnen worden gesimuleerd op een kwantumcomputer met een bepaald aantal qubits en hun elektronische structuur bestudeerd. Door zijn specifieke aard heeft het voorgestelde algoritme ook een hoge ruistolerantie. Dit betekent dat berekeningen numeriek stabiel zijn, ondanks de ruis.”

    Berekening bij benadering: geschatte resultaten zijn voldoende

    “Ruis in de kernkrachten die de deeltjes virtueel bij elkaar houden, kan worden gecompenseerd voor nauwkeurigheid in simulaties in de geest van benaderend rekenen, waarbij berekeningen worden verlaten ten gunste van een vermindering van de looptijd of het vereiste elektrische vermogen. Daarom in plaats van nauwkeurige resultaten , waar je mee werkt zijn geschatte resultaten, die perfect voldoende zijn. Het onderzoek naar de representatie van zeer speciale kwantumtoestanden, de optimalisatie van de meetprogramma’s en de integratie met moleculaire dynamica-programma’s zijn het onderwerp van toekomstig onderzoek”, zegt professor Christian Plessl , directeur van het Paderborn Center for Parallel Computing (PC²) aan de Paderborn University. De onderzoekers hebben er alle vertrouwen in dat de door hen ontwikkelde methode in de toekomst ook geschikt zal zijn voor gebruik in kwantumcomputers.


    Onderzoekers demonstreren foutcorrectie in een siliciumqubit-systeem


    Informatie:
    Robert Schade et al, Parallelle kwantumchemie op lawaaierige kwantumcomputers op middelhoge schaal, Fysiek beoordelingsonderzoek (2022). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.4.033160

    Geleverd door Paderborn University

    citaten: Quantumcomputers in actie in de chemie (2022, 13 oktober) opgehaald op 13 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-quantum-action-chemistry.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.