Ли Лин Собрано из исследовательского блога Google Qubit Produced | Публичный аккаунт QbitAI
Квантовые вычисления, в которые одна за другой вступали крупные компании, возникли из простого и грандиозного видения ученых:
Работа компьютера в соответствии с правилами квантовой механики может эффективно имитировать природу, что может привести к прорыву в области фотогальваники, источников энергии, новых материалов, фармацевтики и сверхпроводимости.
В настоящее время у нас нет квантовых компьютеров, способных решать эти классические задачи, но прогресс идет быстро.
В прошлом году Google смоделировала молекулу с помощью квантовых вычислений на квантовом компьютере со сверхпроводящим кубитом и опубликовала статью «Масштабируемое квантовое моделирование молекулярных энергий», а в сентябре этого года IBM объявила о методе моделирования макромолекулярных структур на квантовом компьютере. также фигурирует на обложке научного журнала Nature.
Затем Google хочет продвинуть исследования квантовых вычислений еще на шаг в направлении моделирования мира.
Google выпустил сегодняOpenFermion, первая платформа с открытым исходным кодом для преобразования проблем химии и материаловедения в квантовые схемы, которые могут работать на существующих платформах, и опубликованные статьи по теме.OpenFermion: The Electronic Structure Package for Quantum Computers.
Библиотека OpenFermion может моделировать системы взаимодействующих электронов (фермионов), которые определяют свойства материи. Его можно рассматривать как инструмент для создания и составления физических уравнений для описания химических систем и систем материаловедения в представлениях, понятных квантовым компьютерам.
До OpenFermion разработчикам квантовых алгоритмов приходилось много изучать химию и писать много кода даже для самых простых квантовых симуляций.
В квантовых вычислениях наиболее эффективные алгоритмы для решения задач в области химии и материаловедения основаны на серии классических программных пакетов для квантовой химии, разработанных химиками в правительстве, промышленности и научных кругах.
Поэтому одновременно с выпуском OpenFermion Google также запустила плагины OpenFermion-Psi4 и OpenFermion-PySCF, которые могут использовать OpenFermion и классические пакеты программного обеспечения для электронной структуры Psi4 и PySCF вместе.
Основная библиотека OpenFermion спроектирована независимо от среды квантового программирования и совместима с несколькими платформами, разработанными ее аналогами. Поэтому OpenFermion поддерживает внешние пакеты, которые компилируют параметры квантового ассемблера для различных аппаратных платформ. Например, плагины OpenFermion-ProjectQ и Forest-OpenFermion могут соединять OpenFermion с внешними платформами моделирования и компиляции схем ProjectQ и Forest.
Чтобы подробно продемонстрировать использование OpenFermion, Google показывает процесс использования этой платформы на примере квантовых химиков, моделирующих энергетическую поверхность молекул:
1.Исследователь инициализирует вычисления OpenFermion следующим образом:
-
-
Входной файл с указанием координат ядер в молекуле;
-
Базисные наборы, используемые для дискретизации молекул (например, cc-pVTZ);
-
Зарядовая и спиновая кратность системы.
-
2.Исследователи используют плагины OpenFermion-Psi4 или OpenFermion-PySCF для выполнения масштабируемых классических вычислений, обеспечивая лучшую основу для квантовых вычислений. Например, можно выполнить расчеты Хартри-Фока, чтобы выбрать хорошее начальное состояние для квантового моделирования.
3.После этого исследователи могут указать, какие электроны они хотят больше всего изучать на квантовом компьютере, а затем позволить OpenFermion преобразовать уравнения этих электронов в представление, подходящее для квантовых вычислений. В OpenFermion есть программы, которые могут выполнять такие задачи, например, преобразование Бравого-Китаева.
4.Исследователи выбирают квантовый алгоритм для изучения интересующих их свойств, а затем используют платформы квантовой компиляции, такие как OpenFermion-ProjectQ, для вывода квантовых схем, которые могут работать на квантовых компьютерах на языке ассемблера. Если у исследователей есть доступный квантовый компьютер, они могут проводить свои собственные эксперименты.
Проект OpenFermion был инициирован Google при участии ETH Zurich, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Мичиганского университета, Гарвардского университета, Оксфордского университета, Дартмутского колледжа, компании квантовых вычислений Rigetti Computing и НАСА для выпуска бета-версии Alpha.
Наконец, вот несколько соответствующих ссылок для кубитов:
-
OpenFermion, главный герой этой статьи https://github.com/quantumlib/OpenFermion
-
Документ OpenFermion: OpenFermion: пакет электронной структуры для квантовых компьютеров https://arxiv.org/abs/1710.07629
-
OpenFermion-Psi4https://github.com/quantumlib/OpenFermion-Psi4
-
Psi4https://github.com/psi4/psi4
-
OpenFermion-PySCFhttps://github.com/quantumlib/OpenFermion-PySCF
-
PySCFhttps://github.com/sunqm/pyscf
-
OpenFermion-ProjectQhttps://github.com/quantumlib/OpenFermion-ProjectQ
-
ProjectQhttps://github.com/ProjectQ-Framework/ProjectQ
-
Forest-OpenFermionhttps://github.com/rigetticomputing/forestopenfermion
-
Foresthttps://www.rigetti.com/forest