通过异构量子-经典超算突破 12,000 原子大关：量子化学中的蛋白-配体复合物
量子物理
2026-05-05 v1 化学物理
计算物理
摘要
首次波函数方法提供准确的分子模拟，但其计算规模限制了仅能应用于小系统。我们发展了一种工作流程，将分子分解为多个片段，采用异构量子-经典（HQC）方法进行模拟。我们在两台 156 位量子处理器（ibm_cleveland、ibm_kobe）上对片段电子配置进行采样，使用最高 94 位量子比特，运行 9,200 个电路，持续超过 100 小时，收集 个测量结果——目前为量子化学计算提供的最大资源投入。我们通过在两台超级计算机（Fugaku、Miyabi-G）上进行优化的子空间对角化来计算片段波函数，实现了 72.5% 的并行效率，采用可扩展的分布线性代数内核。我们模拟了两个蛋白-配体复合物，覆盖离子化力和电静力占主导的 regimes（分别为 11,608 和 12,635 个原子），展示了系统规模提升超过 40 倍，准确率提升最高可达 210 倍，HQC 方法在片段能量上达到与耦合群（CCSD）相当的精度，并为系统可改进的生物分子仿真奠定了可扩展路径。
引用
@article{arxiv.2605.01138,
title = {Crossing the 12,000-atom barrier with heterogeneous quantum-classical supercomputing: quantum chemistry of protein-ligand complexes},
author = {Kenneth M. Merz, and Akhil Shajan and Danil Kaliakin and Fangchun Liang and Yuichi Otsuka and Tomonori Shirakawa and Lukas Broers and Han Xu and Miwako Tsuji and Mitsuhisa Sato and Seiji Yunoki and Ryo Wakizaka and Yukio Kawashima and Jun Doi and Toshinari Itoko and Hiroshi Horii and Thaddeus Pellegrini and Javier Robledo Moreno and Kevin J. Sung and Ella Fejer and Robert Walkup and Seetharami Seelam and Mario Motta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.01138},
year = {2026}
}
备注
12 pages, 6 figures, 9 tables