カリフォルニア工科大学（Caltech）、マイクロソフトリサーチAI4Science Lab、テンセントクァンタムラボの研究者チームは、浅い量子回路による化学的な精度の実現に挑む画期的なアルゴリズムを発表しました。彼らのアルゴリズムであるCHEMは、CliffordベースのHamiltonianエンジニアリング手法に基づいており、近い将来の量子デバイスにおける実用的な量子計算化学の可能性を提供しています。
特に近い将来の量子デバイスにおける量子計算化学における主な課題は、回路の深さと精度のバランスを見つけることです。研究者たちは、変分量子固有値ソルバとハードウェア効率的なアンザッツの組み合わせを使用することで、このトレードオフに取り組みました。その結果、いくつかの主要な利点を持つCliffordベースのHamiltonian変換を設計する方法が生まれました。
まず、この方法では、Hartree-Fockエネルギーに対応する一連の初期回路パラメータを生成することが保証されます。これは、量子化学計算で正確な結果を得るために重要です。さらに、このアプローチは、回路パラメータに対する初期エネルギーグラデーションを効果的に最大化し、精度をさらに向上させます。重要なことに、この手法はクラシカル処理に対してほとんど負荷をかけず、追加の量子リソースも必要としません。そのため、非常に効率的で実用的です。
このアプローチの注目すべき成果の一つは、量子ハードウェアエミュレータを用いて実証されました。研究者たちは、二量子ビットゲートが30以下であるような、12量子ビットの系において化学的な精度を実現することに成功しました。これは、量子計算化学の分野での重要な進歩であり、近い将来の量子デバイスにおける実用的な応用へと一歩近づくものです。
この研究論文の結果は、化学の分野を含む量子コンピューティングにおいて新たな可能性を拓きます。より先進的な量子ハードウェアとアルゴリズムが進化するにつれ、量子アドバンテージへの競争は続きます。量子コンピュータはまだ従来のコンピュータを超えていませんが、CHEMアルゴリズムのような突破的な発展により、いつか量子コンピューティングがさまざまな業界を真に革新する日が近づいています。
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