IBMの量子コンピュータがFeMoCo分子の計算を世界初実行

IBMの量子コンピュータ、FeMoCo分子の計算を実現

新興ディープテック企業であるH.I.Council（東京・渋谷）のチームが、IBMの量子コンピュータ「ibm_pittsburgh」を利用して、FeMoCo分子の108量子ビット規模の電子構造計算を成功裏に実行しました。この成果は、量子コンピュータがもたらす新たな計算能力の実証として注目されています。

研究の重要性

FeMoCo（鉄モリブデン補因子）は、窒素固定を行う酵素ナイトロゲナーゼの中心的な役割を果たします。その電子構造を正しく解析することは、農薬や肥料の新しい触媒設計にとって重要な鍵となります。これまでは、Reiherらが2017年に提唱したように、FeMoCoの電子構造計算には「108量子ビット」が必要とされ、量子コンピュータ業界の目標とされてきました。

しかし、これまでのNISQ量子コンピュータでは、多体相関の精度が制約されており、FeMoCoの計算を実際に行うことは難しいとされていました。H.I.Councilによる今回の研究は、その先駆けとも言える重要な成果をもたらしました。

研究の成果

H.I.Councilでは、IBMの最新の量子プロセッサ ibm_pittsburgh 上で、48量子ビットから108量子ビットにかけてのFeMoCo電子構造計算を実行しました。以下は、主な成果です。
1. 108量子ビットでの計算成功: 世界初の試みとして、108量子ビット規模のFeMoCo計算を実機で実行し、±0.67 mHaという前例のない精度で達成しました。化学精度の確保にはさらなる改善が課題ですが、これは新しい可能性を示唆しています。
2. コヒーレンス壁の特定: 複数のスケールでの空間相関測定により、回路の深さが影響する相関振幅の系統的な減衰を定量化しました。この現象は「コヒーレンス壁」と名付けられ、現在の量子コンピュータの限界を示す重要な結果です。
3. 古典計算手法の活用: DMRG-AFQMCという古典的な手法を使用して48量子ビット計算で化学精度を達成しました。これにより、量子コンピュータだけでなく、古典計算手法も有効であることが立証され、広義の量子優位性への道を開きました。
4. 次世代ハードウェアへの提案: 研究から得られた知見を基に、次世代の量子ハードウェアの改善に向けた具体的な提案を提示しました。