IBM Quantum System One az IBM Thomas J. Watson Kutatóközpontjában.
Fotó: Onri Jay Benally (OJB Quantum), CC BY 4.0, vágva és átméretezve.

A kvantumszámítógépektől azt várjuk, hogy egyszer majd olyan molekulákat is képesek lesznek kiszámolni, amelyekkel a klasszikus gépek már nem boldogulnak: új gyógyszerek, akkumulátoranyagok, katalizátorok. Az út közben viszont van egy kellemetlen kérdés: ha egy kvantumgép kiad egy számot, abban mennyire bízhatunk? Erre ad gyakorlati választ a frissen megjelent VQEBD (Variational Quantum Eigensolver Benchmark & Dashboard).

Mi ez?

A saját nyílt forráskódú projektem a VQE algoritmust vizsgálja, vagyis azt, ahogy a kvantumgép kis molekulák (H₂, LiH, BeH₂) alapállapoti energiáját becsüli. A trükk: ugyanazt a számítást több szinten futtatja le, a tökéletes klasszikus referenciától (FCI) a zajmentes és zajos szimulátorokon át egészen a valódi IBM kvantumhardverig. Így szétválasztható, hogy a hiba az algoritmusból, a mintavételezés statisztikájából vagy a hardver zajából jön-e.

Az IBM Quantum System One aranyozott hűtőrendszere és kvantumprocesszor-tartója

Néhány érdekes eredmény

  • Zajmentesen a H₂ energiája a pontos értéktől kb. 10-14 hartree-re tér el, függetlenül a három vizsgált leképezéstől.
  • Zajos szimulátoron a nyers eredmény +27,5 mHa-ra van a helyestől; a zéró-zaj extrapolációs (ZNE) hibacsökkentéssel ez +0,23 mHa-ra szorítható, ami már a kémiai pontosság (kb. 1,6 mHa) határán belül van.
  • Csendes hiba: az egyik szimulátoron (qsim) a népszerű SLSQP optimalizáló sikert jelent, miközben rossz minimumban áll meg (~1,5·10-2 Ha hiba). A Powell módszer ugyanott 3·10-8 Ha pontosságot ad. Ilyet csak úgy lehet észrevenni, ha többféle környezetben is összevetjük az eredményt.
  • Valódi hardveren (IBM Heron, 156 qubit) egyetlen mérés −4,0 ± 12,5 mHa-t adott: összeegyeztethető a pontos értékkel, de túl bizonytalan ahhoz, hogy kémiai pontosságot állíthassunk.

Miért jó ez a kutatás?

Mert a kvantumszámítás körül sok az ígéret, és kevés a megismételhető mérés. A VQEBD minden véletlen magot és a teljes szoftverkörnyezetet rögzíti, Dockerben fut, a hibákat és az újrapróbálkozásokat tárolja, az eredményeket pedig verziózott adatbázisba és interaktív dashboardra teszi. Bárki újrafuttathatja, ellenőrizheti, és saját módszerét ugyanazon a mércén mérheti le. Ez a kutatás nem újabb rekordot keres, hanem megmutatja, hol hibázik ma a kvantumkémia, és melyik hibacsökkentő eljárás mennyit ér.

Őszintén a korlátokról

A szerző maga hangsúlyozza: ez eszköz és adatcsomag, nem lektorált tudományos eredmény. A hardveres pontok egyedi futtatások, független szakértői átvizsgálás vagy külső megismétlés még nem történt. A kód és a dokumentáció Anthropic Claude modellek segítségével, a szerző irányításával készült, ezt a projekt nyíltan közli. A megbízhatóságot egy 772 tesztből álló tesztcsomag és a teljes reprodukálhatóság hivatott támogatni.

Elérhetőség