JP6758495B2 - 量子計算を使用した材料のシミュレーション - Google Patents
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Description
図1は、量子計算を使用して物理システムをシミュレートするための例示的なシステム100を示している。例示的なシステム100は、1つまたは複数の場所において、1つまたは複数の古典的なコンピュータまたは量子コンピューティングデバイス上で、古典的または量子コンピュータプログラムとして実装されるシステムの一例であり、以下に説明するシステム、構成要素、および技法が実装されることが可能である。
図2は、物理システムをシミュレートするための例示的な処理200のフローチャートである。便宜上、処理200は、1つまたは複数の場所に位置する1つまたは複数の古典的または量子コンピューティングデバイスのシステムによって実行されるものとして説明される。たとえば、量子計算システム、たとえば、本明細書に従って適切にプログラムされた図1の量子計算100を使用して材料をシミュレートするためのシステム100は、処理200を実行することが可能である。
Ψ(0)=Ψcell
102 量子ハードウェア
104 古典的プロセッサ
106 入力データ
108 出力データ
110 量子システム
112 制御デバイス
200 処理
300 処理
400 反復、処理
Claims (21)
- 対象となる物理システムを決定するステップであって、前記物理システムが、複数の単位セルを備える、ステップと、
前記単位セルのうちの1つの領域内の前記物理システムの基底状態を近似するために量子計算を実行するステップと、
出力として前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの前記近似された基底状態を提供するステップと
を備える、方法。 - 前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの前記基底状態を近似するための前記量子計算が、
前記単位セルに対するハミルトニアンの前記基底状態として、前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの初期基底状態を定義するステップと、
イベントの完了が発生するまで前記初期基底状態およびその後の基底状態を反復的に処理するステップであって、反復ごとに量子計算が実行される、ステップと
を備える、請求項1に記載の方法。 - 処理する前記ステップが、反復ごとに、
前記反復のための埋込みハミルトニアンを決定するステップと、
前記反復のための前記埋込みハミルトニアンの基底状態を決定するために量子計算を実行するステップと、
前記完了イベントが発生したかどうかを決定するステップと、
前記完了イベントが発生していないという決定に応答して、前記反復のための前記埋込みハミルトニアンの前記決定された基底状態をその後の状態として提供するステップと、
前記完了イベントが発生したという決定に応答して、前記埋込みハミルトニアンの前記決定された基底状態を、前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの近似された基底状態として定義するステップと
を備える、請求項2に記載の方法。 - 前記反復のための埋込みハミルトニアンを決定するステップが、古典的な計算を実行するステップを備える、請求項3に記載の方法。
- 前記古典的な計算を実行するステップが、密度行列埋込み理論(DMET)を適用するステップを備える、請求項4に記載の方法。
- 前記反復のための前記埋込みハミルトニアンの前記基底状態を決定するために前記量子計算を実行するステップが、変分法を実行するステップを備える、請求項3に記載の方法。
- 前記変分法が変分量子固有値ソルバを備える、請求項6に記載の方法。
- 前記変分法を実行するステップが、1つまたは複数の量子計算および1つまたは複数の古典的な計算を実行するステップを備える、請求項6に記載の方法。
- 前記イベントの前記完了が、前記反復のための処理された基底状態が以前の反復のための処理された基底状態と収束したときに発生する、請求項2に記載の方法。
- 前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの前記近似された基底状態が、物理システム全体の特性を表す、請求項1に記載の方法。
- 単位セルが、前記物理システムの対称性と構造を定義する、請求項1に記載の方法。
- 前記物理システムが材料である、請求項1に記載の方法。
- 前記材料の特性をシミュレートするために、前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの出力された基底状態を使用するステップをさらに備える、請求項12に記載の方法。
- 前記物理システムの特性を決定するために、前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの前記出力された基底状態を使用するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- 装置であって、
量子ハードウェアと、
1つまたは複数の古典的プロセッサと、
を備え、前記装置が、
対象となる物理システムを決定するステップであって、前記物理システムが、複数の単位セルを備える、ステップと、
前記単位セルのうちの1つの領域内の前記物理システムの基底状態を近似するために量子計算を実行するステップと、
出力として前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの前記近似された基底状態を提供するステップと
を備える動作を実行するように構成される、装置。 - 前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの前記基底状態を近似するための前記量子計算が、
前記単位セルに対するハミルトニアンの前記基底状態として、前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの初期基底状態を定義するステップと、
イベントの完了が発生するまで前記初期基底状態およびその後の基底状態を反復的に処理するステップであって、反復ごとに量子計算が実行される、ステップと
を備える、請求項15に記載の装置。 - 処理する前記ステップが、反復ごとに、
前記反復のための埋込みハミルトニアンを決定するステップと、
前記反復のための前記埋込みハミルトニアンの基底状態を決定するために量子計算を実行するステップと、
前記完了イベントが発生したかどうかを決定するステップと、
前記完了イベントが発生していないという決定に応答して、前記反復のための前記埋込みハミルトニアンの前記決定された基底状態をその後の状態として提供するステップと、
前記完了イベントが発生したという決定に応答して、前記埋込みハミルトニアンの前記決定された基底状態を、前記単位セルの前記領域内の前記物理システムの近似された基底状態として定義するステップと
を備える、請求項16に記載の装置。 - 前記量子ハードウェアが1つまたは複数の量子ビットを備える、請求項15に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の量子ビットが超伝導量子ビットを備える、請求項18に記載の装置。
- 前記量子ハードウェアが量子回路を備える、請求項15に記載の装置。
- 前記量子回路が、1つまたは複数の量子論理ゲートを備える、請求項20に記載の装置。
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