חישוב קוונטי סובלני לתקלות של נתונים מולקולריים

חישוב קוונטי סובלני לתקלות של נתונים מולקולריים

חותמת זמן: 6 בנובמבר 2023 7:23

מארק סטודטנר1, סם מורלי-שורט1, וויליאם פול1, סוקין סים1, כריסטיאן ל' קורטס2, מתיאס לויפרסברגר2, רוברט מ. פאריש2, מתיאס דגרוט3, ניקולאי מול3, רפאלה סנגאטי3, ו מייקל סטרייף3

1PsiQuantum, 700 Hansen Way, Palo Alto, CA 94304, ארה"ב
2QC Ware Corp, Palo Alto, CA 94306, ארה"ב
3Quantum Lab, Boehringer Ingelheim, 55218 Ingelheim am Rhein, גרמניה

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

במהלך שלושת העשורים האחרונים נעשו הוזלות משמעותיות בעלות הערכת אנרגיות מצב הקרקע של המילטון מולקולריים עם מחשבים קוונטיים. עם זאת, תשומת לב קטנה יחסית ניתנה להערכת ערכי הציפיות של נצפים אחרים ביחס למצבי הקרקע האמורים, דבר שחשוב ליישומים תעשייתיים רבים. בעבודה זו אנו מציגים אלגוריתם קוונטי חדשני להערכת ערך ציפיות (EVE) שניתן ליישם כדי להעריך את ערכי הציפיות של נקודות צפייה שרירותיות ביחס לכל אחד מהמצבים העצמיים של המערכת. בפרט, אנו רואים שתי גרסאות של EVE: std-EVE, המבוססת על הערכת פאזה קוונטית סטנדרטית, ו-QSP-EVE, המשתמשת בטכניקות עיבוד אותות קוונטיים (QSP). אנו מספקים ניתוח שגיאות קפדני עבור שתי הגרסאות וממזערים את מספר גורמי הפאזה הבודדים עבור QSPEVE. ניתוחי שגיאות אלו מאפשרים לנו לייצר אומדני משאבים קוונטיים של גורם קבוע עבור std-EVE ו-QSP-EVE על פני מגוון רחב של מערכות מולקולריות וניתנים לצפייה. עבור המערכות הנחשבות, אנו מראים ש-QSP-EVE מפחית את ספירת השערים (Toffoli) בעד שלושה סדרי גודל ומקטין את רוחב הקיוביט בעד 25% בהשוואה ל-std-EVE. בעוד שספירות המשאבים המשוערות נותרו גבוהות מדי עבור הדורות הראשונים של מחשבים קוונטיים סובלני תקלות, ההערכות שלנו מסמנות ראשונות מסוגן הן ליישום של הערכת ערך ציפיות והן לטכניקות מודרניות מבוססות QSP.

חישוב קוונטי סובלני לתקלות של נתונים נצפים מולקולריים PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] דיוויד פולין, מתיו בי הייסטינגס, דייב ווקר, נתן וויבה, אנדרו סי דוברטי ומתיאס טרויר. "גודל הצעד הטרוטר הנדרש לסימולציה קוונטית מדויקת של כימיה קוונטית". מידע קוונטי. מחשוב. 15, 361–384 (2015).
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2871401.2871402

[2] מרקוס רייהר, נתן וויבה, קריסטה מ. סבור, דייב ווקר ומתיאס טרויר. "הבהרת מנגנוני תגובה במחשבים קוונטיים". הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים 114, 7555–7560 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1619152114

[3] ריאן בבוש, קרייג גידני, דומיניק וו ברי, נתן וויבה, ג'רוד מקלין, אלכסנדרו פאלר, אוסטין פאולר והרטמוט נבן. "קידוד ספקטרום אלקטרוני במעגלים קוונטיים עם מורכבות T ליניארית". סקירה פיזית X 8, 041015 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.041015

[4] דומיניק וו. ברי, קרייג גידני, מריו מוטה, ג'רוד ר. מקלין וריאן בבוש. "קווביטיזציה של כימיה קוונטית על בסיס שרירותי הממנפת דלילות ופירוק בדרג נמוך". Quantum 3, 208 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-12-02-208

[5] ג'ונו לי, דומיניק וו. ברי, קרייג גידני, וויליאם ג'יי האגינס, ג'רוד ר. מקלין, נתן ווייב וריאן בבוש. "חישובים קוונטיים יעילים עוד יותר של כימיה באמצעות כיווץ טנזור". PRX Quantum 2, 030305 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030305

[6] יואן סו, דומיניק וו. ברי, נתן וויבה, ניקולס רובין וריאן בבוש. "סימולציות קוונטיות סובלניות לתקלות של כימיה בכיוונטיזציה ראשונה". PRX Quantum 2, 040332 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040332

[7] אייזק ה. קים, יה-הוא ליו, סם פאליסטר, וויליאם פול, סם רוברטס ויונסוק לי. "אומדן משאבים סובלני לתקלות עבור הדמיות כימיות קוונטיות: מחקר מקרה על מולקולות אלקטרוליט של סוללת ליתיום יון". פיזי. Rev. Research 4, 023019 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.023019

[8] Alain Delgado, Pablo AM Casares, Roberto dos Reis, Modjtaba Shokrian Zini, Roberto Campos, Norge Cruz-Hernández, Arne-Christian Voigt, Angus Lowe, Soran Jahangiri, MA Martin-Delgado, Jonathan E. Muller, and Juan Miguel Arrazola. "הדמיית תכונות מפתח של סוללות ליתיום-יון עם מחשב קוונטי עמיד לתקלות". פיזי. ר' א 106, 032428 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.106.032428

[9] ורה פון בורג, גואנג האו לואו, תומס האנר, דמיאן ס. שטייגר, מרקוס רייהר, מרטין רוטלר ומתיאס טרויר. "מחשוב קוונטי משופר קטליזה חישובית". פיזי. כומר מיל. 3, 033055 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.033055

[10] Joshua J. Goings, Alec White, Joonho Lee, Christofer S. Tautermann, Matthias Degroote, Craig Gidney, Toru Shiozaki, Ryan Babbush, and Nicholas C. Rubin. "הערכה מהימנה של המבנה האלקטרוני של ציטוכרום p450 במחשבים הקלאסיים של היום ובמחשבים הקוונטיים של מחר". הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים 119, e2203533119 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.2203533119

[11] Thomas E O'Brien, Michael Streif, Nicholas C Rubin, Raffaele Santagati, Yuan Su, William J Huggins, Joshua J Goings, Nikolaj Moll, Elica Kyoseva, Matthias Degroote, ועוד. "חישוב קוונטי יעיל של כוחות מולקולריים ושיפועים אנרגיה אחרים". פיזי. כומר מיל. 4, 043210 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.043210

[12] כריסטופר ג'יי קרימר. "יסודות של כימיה חישובית: תיאוריות ומודלים". ג'ון ווילי ובניו. (2013). כתובת אתר: https://​/​www.wiley.com/​en-cn/​Essentials+of+Computational+Chemistry:+Theories+and+Models,+2nd+Edition-p-9780470091821.
https://​/​www.wiley.com/​en-cn/​Essentials+of+Computational+Chemistry:+Theories+and+Models,+2nd+Edition-p-9780470091821

[13] רפאלה סנגאטי, אלן אספורו-גוזיק, ריאן באבוש, מתיאס דגרוטה, לטיסיה גונזלס, אליקה קיוסבה, ניקולאי מול, מרקוס אופל, רוברט מ. פאריש, ניקולס סי רובין, מייקל סטרייף, כריסטופר ס. טאוטרמן, הורסט וייס, נתן וויבה, וקלמנס אוטשיג-אוטשיג. "עיצוב תרופות במחשבים קוונטיים" (2023). arXiv:2301.04114.
arXiv: 2301.04114

[14] קליפורד וו פונג. "חדירות של מחסום הדם-מוח: מנגנון מולקולרי של הובלה של תרופות ותרכובות חשובות מבחינה פיזיולוגית". The Journal of membrane biology 248, 651–669 (2015).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00232-015-9778-9

[15] עמנואל קניל, ג'ררדו אורטיז ורולנדו ד. סומה. "מדידות קוונטיות אופטימליות של ערכי ציפיות של נצפים". סקירה פיזית A 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.75.012328

[16] ז'יל בראסארד, פיטר הוייר, מישל מוסקה ואלן טאפ. "הגברה ואמידת משרעת קוונטית". מתמטיקה עכשווית 305, 53–74 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1090 / conm / 305/05215

[17] א.יו. קיטאיב. "מדידות קוונטיות ובעיית המייצב האבל" (1995). arXiv:quant-ph/​9511026.
arXiv: quant-ph / 9511026

[18] דיוויד פולין ופאבל ווצ'אן. "הכנת מצבי קרקע של מערכות מרובות גוף קוונטיות במחשב קוונטי". מכתבי סקירה פיזית 102, 130503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.102.130503

[19] דיוויד פולין, אלכסיי קיטאיב, דמיאן ס. שטייגר, מתיו ב' הייסטינגס ומתיאס טרויר. "אלגוריתם קוונטי למדידה ספקטרלית עם ספירת שערים נמוכה יותר". פיזי. הכומר לט. 121, 010501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.010501

[20] Yimin Ge, Jordi Tura, ו-J. Ignacio Cirac. "הכנה מהירה יותר של מצב קרקע והערכת אנרגיית קרקע ברמת דיוק גבוהה עם פחות קיוביטים". Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484

[21] לין לין ויו טונג. "הכנה כמעט אופטימלית למצב הקרקע". Quantum 4, 372 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-12-14-372

[22] Ruizhe Zhang, Guoming Wang ופיטר ג'ונסון. "מחשוב מאפייני מצב קרקע עם מחשבים קוונטיים סובלני תקלות מוקדם". Quantum 6, 761 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-07-11-761

[23] עמנואל קניל, ג'ררדו אורטיז ורולנדו ד. סומה. "מדידות קוונטיות אופטימליות של ערכי ציפיות של נצפים". פיזי. ר' א 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328

[24] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low, and Nathan Wiebe. "טרנספורמציה של ערך יחיד קוונטי ומעבר לכך: שיפורים מעריכי עבור אריתמטיקה מטריצת קוונטית". בהליכים של סימפוזיון ACM SIGACT השנתי ה-51 על תורת המחשוב. ACM (2019).

[25] פטריק ראל. "אלגוריתמים קוונטיים להערכת כמויות פיזיקליות באמצעות קידודי בלוק". פיזי. Rev. A 102, 022408 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408

[26] וויליאם ג'יי האגינס, קיאנה וואן, ג'רוד מקלין, תומס אי אובריאן, נתן ווייב וריאן בבוש. "אלגוריתם קוונטי כמעט אופטימלי להערכת ערכי ציפיות מרובים". פיזי. הכומר לט. 129, 240501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.240501

[27] ארג'אן קורנליסן, יאסין חמודי וסופיין ג'רבי. "אלגוריתמים קוונטיים כמעט אופטימליים לאומדן ממוצע רב משתנים". בהליכים של סימפוזיון ACM SIGACT השנתי ה-54 על תורת המחשוב. עמודים 33–43. STOC 2022 ניו יורק, ניו יורק, ארה"ב (2022). האגודה למכונות מחשוב.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3520045

[28] גואנג האו נמוך ואייזק ל. צ'ואנג. "סימולציה המילטונית אופטימלית על ידי עיבוד אותות קוונטי". פיזי. הכומר לט. 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501

[29] פטריק ראל. "אלגוריתמים קוונטיים קוהרנטיים מהירים יותר להערכת פאזה, אנרגיה ואמפליטודה". Quantum 5, 566 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-10-19-566

[30] ג'ון מ. מרטין, זיין מ. רוסי, אנדרו ק. טאן ואייזק ל. צ'ואנג. "איחוד גדול של אלגוריתמים קוונטיים". PRX Quantum 2, 040203 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040203

[31] וים ואן דאם, ג'י מאורו ד'אריאנו, ארתור אקרט, קיארה מאצ'יאבלו ומישל מוסקה. "מעגלים קוונטיים אופטימליים להערכת פאזה כללית". פיזי. הכומר לט. 98, 090501 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.98.090501

[32] גומארו רנדון, טקו איזובוצ'י ויוטה קיקוצ'י. "השפעות חלון הצטמצמות הקוסינוס על הערכת פאזה קוונטית". פיזי. רפ' ד 106, 034503 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.106.034503

[33] Kosuke Mitarai, Kiichiro Toyoizumi, ו-Wataru Mizukami. "תורת ההפרעות עם עיבוד אותות קוונטי". Quantum 7, 1000 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-05-12-1000

[34] דומיניק וו. ברי, מריה קיפרובה, ארתור שרר, יובל ר. סנדרס, גואנג האו לואו, נתן וויבה, קרייג גידני וריאן בבוש. "טכניקות משופרות להכנת מצבים עצמיים של המילטון פרמיוניים". npj Quantum Information 4, 22 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-018-0071-5

[35] גואנג האו נמוך ואייזק ל. צ'ואנג. "סימולציה המילטונית על ידי קוביטיזציה". Quantum 3, 163 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-07-12-163

[36] יולונג דונג, לין לין ויו טונג. "הכנת מצב קרקע ואומדן אנרגיה במחשבים קוונטיים מוקדמים סובלני תקלות באמצעות טרנספורמציה של ערכים עצמיים קוונטיים של מטריצות יחידות". PRX Quantum 3, 040305 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.040305

[37] ארל טי קמפבל. "סימולציות מוקדמות סובלניות לתקלות של מודל ההוברבורד". Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ac3110

[38] ריצ'רד קליב, ארטור אקרט, קיארה מאצ'יאבלו ומישל מוסקה. "אלגוריתמים קוונטיים נבדקו מחדש". הליכים של החברה המלכותית של לונדון. סדרה א': מדעי המתמטיקה, הפיזיקה וההנדסה 454, 339–354 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.1998.0164

[39] קרייג גידני. "מחצית העלות של תוספת קוונטית". Quantum 2, 74 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-06-18-74

[40] ג'יאסו וואנג, יולונג דונג ולין לין. "על נוף האנרגיה של עיבוד אותות קוונטי סימטרי". Quantum 6, 850 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-11-03-850

[41] גואנג האו נמוך. "עיבוד אותות קוונטי על ידי דינמיקה של קיוביט בודד". עבודת דוקטורט. המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. (2017).

[42] Yulong Dong, Xiang Meng, K. Birgitta Whaley, ולין Lin. "הערכת גורמי פאזה יעילה בעיבוד אותות קוונטי". ביקורת פיזית A 103, 042419 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.103.042419

[43] יולונג דונג, לין לין, הונגקאנג ני וג'יאסו וואנג. "עיבוד אותות קוונטי אינסופי" (2022). arXiv:2209.10162.
arXiv: 2209.10162

[44] דיפטרקה האיט ומרטין הד-גורדון. "כמה מדויקת התיאוריה הפונקציונלית של הצפיפות בחיזוי רגעי דיפול? הערכה באמצעות מסד נתונים חדש של 200 ערכי אמת מידה". Journal of Chemical Theory and Computing 14, 1969–1981 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.7b01252

[45] Qiming Sun, Xing Zhang, Samragni Banerjee, Peng Bao, Marc Barbry, Nick S. Blunt, Nikolay A. Bogdanov, George H. Booth, Jia Chen, Zhi-Hao Cui, Janus J. Eriksen, Yang Gao, Sheng Guo, Jan הרמן, מתיו ר. הרמס, קווין קו, פיטר קובל, סוסי להטולה, ז'נדונג לי, ג'ונזי ליו, נארבה מרדירוסיאן, ג'יימס ד. מקליין, מריו מוטה, בסטיאן מוסרד, האנג ק. פאם, ארטם פולקין, וירואן פורוואנטו, פול ג'יי. רובינסון, אנריקו רונקה, אלווירה ר. סייפוטיארובה, מקסימיליאן שאורר, הנרי פ. שורקוס, ג'יימס א. Williamson, Sebastian Wouters, Jun Yang, Jason M. Yu, Tianyu Zhu, Timothy C. Berkelbach, Sandeep Sharma, Alexander Yu. סוקולוב, וגארנט קין-ליק צ'אן. "התפתחויות אחרונות בחבילת התוכנית PySCF". The Journal of Chemical Physics 153, 024109 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0006074

[46] Qiming Sun, Timothy C. Berkelbach, Nick S. Blunt, George H. Booth, Sheng Guo, Zhendong Li, Junzi Liu, James D. McClain, Elvira R. Sayfutyarova, Sandeep Sharma, Sebastian Wouters, and Garnet Kin-Lic Chan. "Pyscf: סימולציות מבוססות פיתון של מסגרת כימיה". WIREs Computational Molecular Science 8, e1340 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1002 / wcms.1340

[47] Huanchen Zhai ו-Garnet Kin-Lic Chan. "אלגוריתמים של קבוצת רנורמליזציה של מטריצת צפיפות בצפיפות התחלה גבוהה של תקשורת נמוכה". J. Chem. פיזי. 154, 224116 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0050902

[48] דומיניק מרקס ויורג האטר. "דינמיקה מולקולרית אב initio: תיאוריה ויישום". שיטות ואלגוריתמים מודרניים של כימיה קוונטית 1, 141 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511609633

[49] ג'יי סי סלייטר. "המבנה הויראלי והמולקולרי". The Journal of Chemical Physics 1, 687–691 (1933).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1749227

[50] ג'פרי קון, מריו מוטה ורוברט מ. פאריש. "אלכסון מסנן קוונטי עם המילטונים דחוסים עם גורמים כפולים". PRX Quantum 2, 040352 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040352

[51] גואנג האו לואו, ואדים קלוצ'ניקוב ולוק שייפר. "מסחר בשערי T עבור קיוביטים מלוכלכים בהכנת המדינה וסינתזה יחידה" (2018). arXiv:1812.00954.
arXiv: 1812.00954

מצוטט על ידי

[1] איגנסיו לואיזה וארטור פ. איזמאילוב, "הזזת סימטריה בלתי משתנה של בלוק: טכניקת עיבוד קדם להמילטונים שניים-קוונטיים כדי לשפר את הפירוקים שלהם לשילוב ליניארי של יחידות", Journal of Chemical Theory and Computation acs.jctc.3c00912 (2023).

[2] אלכסנדר מ' דאלזל, סם מקארדל, מריו ברטה, פז'מיסלב ביאניאס, צ'י-פאנג צ'ן, אנדראש גיליין, קונור טי האן, מייקל ג'יי קסטוריון, אמיל טי חביבולין, אלכסנדר קוביקה, גרנט סלטון, סמסון וואנג, ו פרננדו GSL Brandão, "אלגוריתמים קוונטיים: סקר של יישומים ומורכבויות מקצה לקצה", arXiv: 2310.03011, (2023).

[3] כריסטיאן ל. קורטס, מתיאס לויפרסברגר, רוברט מ. פאריש, סם מורלי-שורט, וויליאם פול, סוקין סים, מארק סטודטנר, כריסטופר ס. טאוטרמן, מתיאס דגרוט, ניקולאי מול, רפאלה סנטאגאטי ומייקל סטרייף, "טעות -אלגוריתם קוונטי סובלני לתיאוריית הפרעות מותאמת לסימטריה", arXiv: 2305.07009, (2023).

[4] Sophia Simon, Raffaele Santagati, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Michael Streif, and Nathan Wiebe, "שינוי קנה מידה דיוק משופר להדמיית דינמיקה קוונטית-קלאסית מצמודה", arXiv: 2307.13033, (2023).

[5] איגנסיו לואיזה וארטור פ. איזמאילוב, "Symtry Symtry Block-Invariant Shift: טכניקת עיבוד מקדים עבור המילטון שני quantized כדי לשפר את הפירוק שלהם לשילוב ליניארי של יחידות", arXiv: 2304.13772, (2023).

הציטוטים לעיל הם מ- השירות המוזכר של קרוסרף (עודכן לאחרונה בהצלחה 2023-11-13 12:50:11) ו- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2023-11-13 12:50:12). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים