量子コンピューティングの短期的な商用アプリケーションで最も有望な分野の1つは、新材料や新薬の発見のための材料モデリングです。この分野のアプリケーションでは、他のアプリケーションに必要な数百万の量子ビットとは対照的に、わずか数千の量子ビットしか必要ない場合があります。この目標を達成するための進歩は、2つの側面から来ています。1つは、これらのページで頻繁に報告されているように、ハードウェア機能の継続的な向上です。もう1つは、より少ない数の量子ビットまたはゲート深度で必要な計算を実行できる、より優れたアルゴリズムを作成することです。
現在、Phasecraftは、時間ダイナミクスシミュレーションのトロッター層のゲート深度を約5～6桁削減するアプローチを説明した論文をNature Communicationsに掲載しました。彼らのソフトウェアは、ハミルトニアン変分アンザッツ19の基本状態を近似する変分量子固有値ソルバー（VQE）または時間ダイナミクスシミュレーション（TDS）アルゴリズムをサポートできます。たとえば、同社の資産は、彼らのアルゴリズムがより従来の量子アルゴリズムで約1.5兆のベースラインに対して410,000ゲートでリチウム銅酸化物（Li2CuO2）材料をシミュレートできると主張しています。このような削減により、彼らの量子材料シミュレーションアルゴリズムの1つが、今後数年間で利用可能になると予想される量子プロセッサ上で多くの材料に対して正常に実行されると期待できます。
Phasecraftは、アルゴリズムを使用して、より従来のベースラインアプローチと彼らのアプローチの間でシミュレートされた46の異なる材料に必要な量子ビットとゲートレベルの数を比較する材料モデリング複雑度データベースを作成しました。選択された材料は、バッテリー、燃料電池、センサー、トランジスタ、太陽光発電など、幅広い興味深いアプリケーション分野をカバーしています。必要な量子ビット数は2つのアプローチ間でほぼ同じですが、必要なゲートレベル数は5～6桁の改善を示しています。表に示されている量子ビットは、エラー訂正を備えた量子コンピュータ上の論理量子ビットであるか、10-4または10-5未満のエラー率を持つ物理量子ビットで、対応するコヒーレンス時間を持つ可能性があります。
この開発は、Innovate UKプログラムとNational Quantum Computing Centre（NQCC）助成金の一部でした。同社は、この研究のためにScience and Technology Facilities Council（STFC）の科学計算部門とも協力しました。Phasecraftは現在約25人の従業員を擁し、昨年1,300万ポンド（1,650万米ドル）のシリーズA資金を調達しました。彼らは、量子ハードウェアプロバイダーのGoogle AI、IBM、Rigettiと協力し、BT、Oxford PV、Johnson Matthey、Rocheなどの多くのエンドユーザーと協力しています。
この開発に関する追加情報は、LinkedInの投稿でご覧いただけます。Nature Communicationsの論文はこちらでご覧いただけます。材料モデリング量子複雑度データベースはこちらで利用でき、データベースの作成に使用された方法の説明はこちらでご覧いただけます。
2024年1月25日
