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Trouver l'état fondamental de H2O et résoudre d'autres problèmes de simulation hamiltonienne avec Classiq
Cette note montre comment utiliser la plateforme Classiq pour résoudre le problème de simulation hamiltonienne qui faisait partie de notre récent concours de codage. Nous présentons ensuite un exemple plus complexe - la simulation d'une moléculeH2O.
Introduction
La simulation chimique est l'une des applications les plus passionnantes des ordinateurs quantiques. Lorsque des simulations précises des interactions électron-électron sont nécessaires, il est parfois possible d'utiliser un ordinateur classique, mais les ordinateurs classiques ont du mal à simuler les interactions moléculaires plus complexes. Il est préférable de simuler ces interactions entre particules au niveau quantique, et l'ordinateur quantique est un excellent moyen d'y parvenir.
La capacité de simuler avec précision les interactions moléculaires aura des applications étendues. Utilisée pour la découverte de médicaments, elle permettra le développement rapide de vaccins et de nouveaux traitements pour les maladies. Dans le domaine de la recherche sur les matériaux, nous pouvons espérer découvrir des matériaux ayant un rapport résistance/poids plus élevé et des matériaux de construction respectueux de l'environnement.
Le problème de la simulation du hamiltonien de l'hydrure de lithium
Lors de notre récent concours de codage, nous avons demandé aux participants de générer un circuit, n'utilisant pas plus de dix qubits, qui se rapproche de l'unité e-iH où H est le hamiltonien des qubits d'une molécule LiH (hydrure de lithium). Le hamiltonien LiH est composé de 276 chaînes de Pauli et peut être trouvé ici. L'erreur d'approximation doit être inférieure à 0,1 et le circuit ne doit être composé que de la CX et des portes à qubit unique.
Coder avec Classiq
Pour résoudre ce problème avec Classiq, nous utilisons la méthode Suzuki Trotter, l'une des méthodes les plus efficaces pour simuler des hamiltoniens et générer des circuits de simulation quantique. La création de ce circuit est simple. Nous spécifions la fonction souhaitée du circuit, et la plateforme génère un circuit quantique efficace. Voici le code :
En utilisant le SDK Python de Classiq - bien qu'un circuit équivalent puisse être conçu en utilisant l'extension Classiq dans Visual Studio Code - nous spécifions d'abord que nous concevons un circuit de Suzuki Trotter. Nous importons la chaîne de Pauli de la molécule d'hydrure de lithium et terminons le code par quelques spécifications pour la fonction de Suzuki Trotter. Nous spécifions le coefficient d'évolution, 1, ainsi que l'ordre et la répétition souhaités pour notre fonction de Suzuki Trotter. Nous avons choisi une seule répétition parce qu'un plus grand nombre de répétitions donnerait un circuit de simulation quantique plus précis mais plus grand.
C'est tout ! Le circuit interactif, partiellement illustré ci-dessous, est disponible ici et a été généré avec la version 0.14.2 de Classiq. Le circuit utilise dix qubits, et a une profondeur de 1057.
Pour comparer ces solutions à celles fournies par les concurrents au cours du mois de compétition, voir ici.
Au-delà de l'hydrure de lithium
Les clients de Classiq peuvent utiliser la même approche pour simuler des molécules plus complexes. Par exemple, voici le code permettant de générer la chaîne de Pauli et de simuler une moléculeH2O.
Et voici le circuit interactif résultant d'une profondeur de 2120 utilisant seulement 9 qubits.
Classiq a intégré l'expertise de dizaines de ses scientifiques et ingénieurs en logiciels quantiques dans la plateforme logicielle. Le résultat : un système capable de générer automatiquement des circuits quantiques efficaces pour des problèmes complexes, ce qui permet de résoudre plus rapidement et plus facilement que jamais des problèmes réels grâce à l'informatique quantique. Lorsque les circuits sont de taille raisonnable, Classiq crée des solutions qui sont comparables aux meilleurs circuits créés manuellement. Lorsque les circuits sont plus grands que ceux qu'un humain peut raisonnablement créer, Classiq vous permet de progresser plus loin grâce à ses puissantes capacités.
Avec Classiq, il n'est pas nécessaire de travailler au niveau des portes. Au lieu de cela, les clients de Classiq travaillent à un niveau plus élevé, en spécifiant la fonctionnalité souhaitée du circuit et les contraintes applicables, et permettent à la plateforme Classiq de trouver la bonne implémentation optimisée parmi des milliards d'options dans un vaste espace de conception.
Planifiez une démonstration en direct de la plateforme Classiq pour la voir à l'œuvre, ou contactez-nous pour savoir comment vous pouvez créer des circuits quantiques de pointe en quelques minutes.
Cette note montre comment utiliser la plateforme Classiq pour résoudre le problème de simulation hamiltonienne qui faisait partie de notre récent concours de codage. Nous présentons ensuite un exemple plus complexe - la simulation d'une moléculeH2O.
Introduction
La simulation chimique est l'une des applications les plus passionnantes des ordinateurs quantiques. Lorsque des simulations précises des interactions électron-électron sont nécessaires, il est parfois possible d'utiliser un ordinateur classique, mais les ordinateurs classiques ont du mal à simuler les interactions moléculaires plus complexes. Il est préférable de simuler ces interactions entre particules au niveau quantique, et l'ordinateur quantique est un excellent moyen d'y parvenir.
La capacité de simuler avec précision les interactions moléculaires aura des applications étendues. Utilisée pour la découverte de médicaments, elle permettra le développement rapide de vaccins et de nouveaux traitements pour les maladies. Dans le domaine de la recherche sur les matériaux, nous pouvons espérer découvrir des matériaux ayant un rapport résistance/poids plus élevé et des matériaux de construction respectueux de l'environnement.
Le problème de la simulation du hamiltonien de l'hydrure de lithium
Lors de notre récent concours de codage, nous avons demandé aux participants de générer un circuit, n'utilisant pas plus de dix qubits, qui se rapproche de l'unité e-iH où H est le hamiltonien des qubits d'une molécule LiH (hydrure de lithium). Le hamiltonien LiH est composé de 276 chaînes de Pauli et peut être trouvé ici. L'erreur d'approximation doit être inférieure à 0,1 et le circuit ne doit être composé que de la CX et des portes à qubit unique.
Coder avec Classiq
Pour résoudre ce problème avec Classiq, nous utilisons la méthode Suzuki Trotter, l'une des méthodes les plus efficaces pour simuler des hamiltoniens et générer des circuits de simulation quantique. La création de ce circuit est simple. Nous spécifions la fonction souhaitée du circuit, et la plateforme génère un circuit quantique efficace. Voici le code :
En utilisant le SDK Python de Classiq - bien qu'un circuit équivalent puisse être conçu en utilisant l'extension Classiq dans Visual Studio Code - nous spécifions d'abord que nous concevons un circuit de Suzuki Trotter. Nous importons la chaîne de Pauli de la molécule d'hydrure de lithium et terminons le code par quelques spécifications pour la fonction de Suzuki Trotter. Nous spécifions le coefficient d'évolution, 1, ainsi que l'ordre et la répétition souhaités pour notre fonction de Suzuki Trotter. Nous avons choisi une seule répétition parce qu'un plus grand nombre de répétitions donnerait un circuit de simulation quantique plus précis mais plus grand.
C'est tout ! Le circuit interactif, partiellement illustré ci-dessous, est disponible ici et a été généré avec la version 0.14.2 de Classiq. Le circuit utilise dix qubits, et a une profondeur de 1057.
Pour comparer ces solutions à celles fournies par les concurrents au cours du mois de compétition, voir ici.
Au-delà de l'hydrure de lithium
Les clients de Classiq peuvent utiliser la même approche pour simuler des molécules plus complexes. Par exemple, voici le code permettant de générer la chaîne de Pauli et de simuler une moléculeH2O.
Et voici le circuit interactif résultant d'une profondeur de 2120 utilisant seulement 9 qubits.
Classiq a intégré l'expertise de dizaines de ses scientifiques et ingénieurs en logiciels quantiques dans la plateforme logicielle. Le résultat : un système capable de générer automatiquement des circuits quantiques efficaces pour des problèmes complexes, ce qui permet de résoudre plus rapidement et plus facilement que jamais des problèmes réels grâce à l'informatique quantique. Lorsque les circuits sont de taille raisonnable, Classiq crée des solutions qui sont comparables aux meilleurs circuits créés manuellement. Lorsque les circuits sont plus grands que ceux qu'un humain peut raisonnablement créer, Classiq vous permet de progresser plus loin grâce à ses puissantes capacités.
Avec Classiq, il n'est pas nécessaire de travailler au niveau des portes. Au lieu de cela, les clients de Classiq travaillent à un niveau plus élevé, en spécifiant la fonctionnalité souhaitée du circuit et les contraintes applicables, et permettent à la plateforme Classiq de trouver la bonne implémentation optimisée parmi des milliards d'options dans un vaste espace de conception.
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A propos de "The Qubit Guy's Podcast" (Le podcast du gars de Qubit)
Animé par The Qubit Guy (Yuval Boger, notre directeur marketing), le podcast accueille des leaders d'opinion de l'informatique quantique pour discuter de questions commerciales et techniques qui ont un impact sur l'écosystème de l'informatique quantique. Nos invités fournissent des informations intéressantes sur les logiciels et algorithmes d'ordinateurs quantiques, le matériel informatique quantique, les applications clés de l'informatique quantique, les études de marché de l'industrie quantique et bien plus encore.
Si vous souhaitez proposer un invité pour le podcast, veuillez nous contacter.
