Xanadu、化学の非断熱フロンティアにおけるリソースの壁を打破

Xanadu Quantum Technologiesは、ボルン・オッペンハイマー（BO）近似に依存しない分子動力学シミュレーションのための画期的な量子アルゴリズムを発表しました。プレプリント論文「Efficient Simulation of Pre-Born-Oppenheimer Dynamics on a Quantum Computer」で詳述されているこの研究は、電子と核の運動が分離して扱えないほど密接に結合しているシナリオである非断熱ダイナミクスを対象としています。これらの「Pre-BO」シミュレーションは、持続可能なエネルギー、フォトリソグラフィー、大気化学における重要なプロセスを支える光化学反応を正確にモデル化するために不可欠ですが、古典的なスーパーコンピューターでは計算上実行不可能でした。

アルゴリズムの技術的な核心は、一次量子化された実空間グリッドと「スワップネットワーク」ブロックエンコーディングアーキテクチャを利用して、二次的な粒子相互作用を管理します。クーロン相互作用1/rに対する新しい交互符号ルーチンを実装することにより、チームは精度がO(1/M)でスケーリングすることを達成しました。ここでMは補助レジスタ値の数です。アンモニアと三フッ化ホウ素（NH₃ + BF₃）の反応のベンチマークシミュレーションにおいて、Xanaduは以前の最先端の方法と比較して、トフォリゲートコストを1桁以上削減しました。この効率性により、初期の耐故障性量子ハードウェアで複雑な有機システムの第一原理シミュレーションが可能になります。