インド、シンガポール、アメリカの研究者による実験的研究において、IQMのSirius 24量子ビット超伝導プロセッサが高精度な分子シミュレーションの実証に利用された。この研究では、量子プロセッサを直接的なエネルギー推定器ではなく「配置サンプラー」として使用するノイズ耐性パラダイムであるサンプルベース量子対角化(SQD)が採用された。ハードウェア上で高重みのスレーター行列式(電子配置)を特定し、古典コンピュータで厳密対角化を実行することで、研究チームは最終的なエネルギー精度を個々の量子ゲートエラーから切り離し、いくつかのベンチマーク分子に対して化学的精度内の結果を達成した。
この研究では、2つの異なる量子回路の「設計図」またはアンザッツがベンチマークされた。局所ユニタリークラスタージャストロー(LUCJ)と線形CNOTユニタリー結合クラスター(LCNot-UCCSD)である。LUCJアンザッツは回路深度が浅いため非常に効果的であることが証明された一方、LCNot-UCCSDは古典的な事前計算の必要性を削減したものの、より深い回路により水(H2O)やアンモニア(NH3)などの大きな分子に対するデータ回復に課題が生じた。この比較分析は、「ノイズの多い」近未来量子ハードウェアに最も効率的なアルゴリズムを選択するためのロードマップを提供する。
論文の重要なハイライトはポテンシャルエネルギー面(PES)の生成である。研究者らは、超伝導ハードウェア上で水分子の完全な二次元(2D)PESマップの初の実験的生成を報告した。32×32グリッドの結合長と結合角をスキャンすることで、厳密な古典的完全配置相互作用(FCI)結果と一致する精度で分子のエネルギー地形をマッピングした。これらの表面は、分子がどのように振動し、回転し、化学反応を起こすかを理解するために重要である。
より大きく複雑な系に対処するため、研究チームはSQDを密度行列埋め込み理論(DMET)と統合した。このハイブリッド戦略により、大きな分子を量子ハードウェアで計算可能な小さな「フラグメント」に分割し、残りの分子環境を古典的に処理することができる。これにより研究者らは8つのリガンド様分子と抗ウイルス薬アマンタジンをシミュレートすることができ、薬理学研究と創薬に量子コンピュータを使用するための重要な一歩となった。
この結果は、量子プロセッサが古典的高性能計算(HPC)ワークフロー内で特殊なアクセラレータとして機能する量子中心スーパーコンピューティングの強力なベースラインを確立する。16個の動作量子ビットが実世界の分子に対して化学的に正確なデータを提供できることを実証することで、この研究は現在の超伝導アーキテクチャの信頼性を検証し、材料科学や触媒作用における古典的には手に負えない問題に取り組むことができる将来のワークフローを示している。
IQMハードウェアでのこの実験的実証の完全な技術的詳細については、arXivの論文を参照のこと。IQM Siriusプロセッサとそのスタートポロジーに関する情報も参照可能である。
2026年4月18日
