La mitigación de errores habilitó simulaciones cuánticas multicomponentes más allá de la aproximación de...

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica es la computación cuántica.
• Química computacional es la química computacional.
• La física cuántica es la física cuántica.

Sus antecedentes:

• La aproximación Born-Oppenheimer simplifica las simulaciones moleculares al separar el movimiento electrónico y el movimiento nuclear.
• La simulación precisa de sistemas moleculares requiere la incorporación de efectos cuánticos tanto para los electrones como para los núcleos.
• El hardware de computación cuántica actual presenta desafíos para simulaciones moleculares complejas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco de cluster acoplado unitario multicomponente (mcUCC) para simulaciones cuánticas.
• Incluir efectos cuánticos tanto electrónicos como nucleares más allá de la aproximación Born-Oppenheimer.
• Para demostrar la viabilidad y precisión de estas simulaciones en el hardware cuántico actual.

Principales métodos:

• Utilizó el formalismo orbital nuclear-electrónico para construir las teorías de mcUCC.
• Aplicó un clúster unitario local Jastrow ansatz para reducir los costos de los recursos.
• Implementó el marco en el hardware cuántico superconductor Heron de IBM Q. Implementó el marco en el hardware cuántico superconductor Heron de IBM Q.
• Empleó el protocolo de mitigación de errores de extrapolación inspirado en la física.

Principales resultados:

• Se realizaron con éxito simulaciones de mcUCC para hidruro de positronio e hidrógeno molecular con un protón cuántico.
• Se lograron energías de estado fundamental dentro de la precisión química, lo que demuestra la efectividad de la mitigación de errores.
• Analizó los requisitos de hardware para diferentes truncamientos de excitación en mcUCC.

Conclusiones:

• Este trabajo proporciona la primera demostración de simulaciones correlacionadas multicomponente con errores mitigados en hardware cuántico.
• El marco desarrollado unifica con éxito los grados de libertad electrónicos y nucleares en simulaciones cuánticas.
• Esboza un camino hacia algoritmos cuánticos escalables para sistemas moleculares que incorporan efectos nucleares cuánticos.