Student/ka se nejprve podrobně seznámí s problematikou kvantových algoritmů vyvinutých pro kvantově-chemické simulace. Dále pak implementuje metodu VQE (ať už v dostupných prostředí jako je IBM Qiskit, či v C++ simulátoru vyvinutém v naší skupině). V prvním kroku využijeme standardního unitárního CCSD vlnového rozvoje. Úkolem studenta/ky bude následně vývoj nových alternativních rozvojů, či modifikací unitárního CCSD rozvoje, které budou vhodné pro silně korelované problémy a co nejvíce kompaktní, aby jejich kvantové obvody byly realizovatelné na dostupných kvantových počítačích. Dalším úkolem pak budou rozšíření pro výpočty chybějící dynamické korelace (např. pomocí metody adiabatického spojení). Vyvinuté algoritmy budou testovány numerickými simulaci, případně na skutečných kvantových počítačích.
Seznam odborné literatury
Nielsen, M. A.; Chuang, I. L. Quantum Computation and Quantum Information; Cambridge University Press, 2000.
Veis, L. In Simulating Correlations with Computers Modeling and Simulation Vol. 11 ; Pavarini, E., Koch, E., Eds.; Forschungszentrum Julich, 2021; Chapter 12.
Cao, Y.; Romero, J.; Olson, J. P.; Degroote, M.; Johnson, P. D.; Kiefer- ová, M.; Kivlichan, I. D.; Menke, T.; Peropadre, B.; Sawaya, N. P. D.; Sim, S.; Veis, L.; Aspuru-Guzik, A. Chemical Reviews 2019, 119, 10856–10915.
Předběžná náplň práce
Kvantové počítače představují jeden z největších technologických příslibů současné doby, protože nabízí bezprecedentní výpočetní výkon v podobě exponenciálního zrychlení konkrétních typů problémů. Hledání základního (a nízko ležících) elektronických stavů molekul, což je ústřední úloha kvantové chemie, patří mezi zmíněné problémy. Ve skutečnosti mají kvantové počítače potenciál zcela změnit chemický výzkum. Cílem doktorské práce bude vývoj nových hybridních kvantově-klasických algoritmů založených na variačním eigensolveru (VQE), které umožní řešení realistických chemických problémů na současných kvantových počítačích, které ještě nedovolují implementaci robustní kvantové opravy chyb.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
Quantum computers represent one of the biggest technological promises of nowadays since they offer enormous computational power and consequently exponential speed-ups for certain types of problems. Finding the ground (and low-lying) electronic states of molecules, which is the fundamental task of quantum chemistry, belongs here. Indeed, quantum computers have the potential to bring a paradigm shift in chemical research. The aim of the Ph.D. study will be the development of new hybrid quantum-classical algorithms based on the variational quantum eigensolver (VQE), which will allow for the treatment of realistic chemical problems on noisy intermediate-scale quantum devices (NISQ).
