Química cuántica consistente con el tamaño en computadoras cuánticas

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica es la computación cuántica.
• Química computacional es la química computacional.
• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.

Sus antecedentes:

• Los algoritmos híbridos cuántico-clásicos utilizan dispositivos cuánticos para simulaciones moleculares.
• La química cuántica escalable requiere consistencia de tamaño, donde las energías de los subsistemas que no interactúan se escalan linealmente.
• El ruido de hardware cuántico puede degradar la consistencia de tamaño mediante el acoplamiento de subsistemas independientes.

Objetivo del estudio:

• Evaluar sistemáticamente la consistencia de tamaño del hardware cuántico para simulaciones moleculares.
• Para evaluar el impacto del ruido de los dispositivos cuánticos en una propiedad fundamental de la química cuántica.
• Demostrar la viabilidad de simulaciones cuánticas resistentes al ruido para sistemas fuertemente correlacionados.

Principales métodos:

• Sistemas simulados de números crecientes de moléculas de H2 que no interactúan en el hardware cuántico.
• Empleó circuitos unitarios óptimamente poco profundos para computaciones cuánticas eficientes.
• Consistencia de tamaño evaluada mediante el análisis de las energías moleculares en diferentes tamaños de sistemas.

Principales resultados:

• Las energías moleculares se mantuvieron consistentes en tamaño dentro de la precisión química para hasta 118 subsistemas H2 (unidad de un qubit) y 71 subsistemas H2 (unidad de dos qubits).
• Demostró que los dispositivos cuánticos actuales preservan la consistencia de tamaño en los tamaños de los sistemas químicamente relevantes.
• Indicó que el ruido de hardware cuántico no degrada significativamente la consistencia de tamaño para estas simulaciones.

Conclusiones:

• El hardware cuántico actual puede mantener la consistencia de tamaño para simulaciones moleculares, una propiedad crucial para la química cuántica.
• Los hallazgos apoyan la viabilidad de simulaciones cuánticas escalables y resistentes al ruido para moléculas y materiales complejos.
• Este trabajo allana el camino para simulaciones cuánticas avanzadas en química y ciencia de los materiales.