推进量子计算模拟PFAS化学的极限
量子物理
2023-11-03 v1 计算工程、金融与科学
摘要
准确且可扩展的计算量子化学方法能够加速诸多领域的研发，从药物发现到先进材料设计。求解电子薛定谔方程是计算化学的核心问题。然而，该问题的组合复杂性使得除极小系统外无法求得精确解。量子计算的想法正源于模拟量子力学中的这一计算挑战。我们提出了一种端到端的量子化学流水线，基于变分量子本征求解器（VQE）算法，并与基于HPC的模拟器及 trapped-ion 量子计算机集成。我们的平台在算力资源上编排数百个仿真作业，以高效完成一组具有广泛参数化的第一性原理化学实验。全氟及多氟烷基物质（PFAS）是一大类人造化学品，在全球范围内构成重大环境与健康问题。我们的模拟包括在三氟乙酸（TFA，一种常见PFAS化学品）中断裂碳-氟键。这是销毁和去除PFAS的常见途径。分子在量子模拟器和 trapped-ion 量子计算机（具体为 IonQ Aria）上建模。使用基本错误缓解技术，IonQ Aria 上的11量子比特 TFA 模型（56个纠缠门）产生了毫哈特里精度的近定量结果。我们的新颖结果展示了量子计算在求解电子结构问题上的现状与未来展望，推进了VQE算法与量子计算机的边界，并促进了量子化学工作流的发展。
引用
@article{arxiv.2311.01242,
title = {Pushing the Limits of Quantum Computing for Simulating PFAS Chemistry},
author = {Emil Dimitrov and Goar Sanchez-Sanz and James Nelson and Lee O'Riordan and Myles Doyle and Sean Courtney and Venkatesh Kannan and Hassan Naseri and Alberto Garcia Garcia and James Tricker and Marisa Faraggi and Joshua Goings and Luning Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.01242},
year = {2023}
}