IBM量子プロセッサ、磁性材料のダイナミクスを正確にシミュレーション

米国エネルギー省量子科学センター（QSC）とIBMの研究者たちは、50量子ビットのIBM Quantum Heronプロセッサを使用して、磁性結晶であるKCuF₃の量子ダイナミクスをシミュレーションしました。プレプリントで発表されたこの研究は、現在の世代の量子ハードウェアが実際の材料の定量的に信頼性の高いシミュレーションを生成できることを示しています。この結果は、量子システムを古典アルゴリズムと比較するベンチマーキングから、国立科学研究所で実施された中性子散乱実験から得られた物理データと比較するベンチマーキングへの移行を示しています。

このシミュレーションは、磁性材料の動的構造因子（DSF）を正確に再現しました。DSFは、入射中性子と結晶内のスピンとの間のエネルギーと運動量の交換を表します。これは、量子シミュレーションの結果を、オークリッジ国立研究所（ORNL）の核分裂中性子源（SNS）およびラザフォード・アップルトン研究所からの実験測定値と直接比較することで検証されました。量子ビットベースのシミュレーションと物理測定値との一致は、ユニバーサル量子プロセッサが、古典的な近似手法ではモデル化が困難な複雑で絡み合ったスピンダイナミクスを捉えることができることを示唆しています。