用例分析：量子计算如何助力汽车电池模拟？
光子盒研究院出品
12月13日，Quantinuum宣布推出量子计算化学平台InQuanto 2.0[1]：功能更多、扩展性更强，以探索近期量子技术在材料和分子问题上的应用，这些问题对于最强大的经典计算机来说仍然具有挑战性或难以解决。
01
InQuanto 2.0里面有什么？
InQuanto继续围绕最新的量子算法、先进的子程序和化学特定的噪声消除技术而构建。在新版本中，我们增加了新的功能以提高效率，如新的协议类可以将矢量计算的速度提高一个数量级，积分算子类可以利用对称性并可以减少内存需求。
Quantinuum引入了开发自定义答案的新工具、新的嵌入技术和新的混合方法来提高效率和精度，在某些情况下，这些方法最近才在科学文献中被描述。这些快速的进展得到了计算化学家将InQuanto纳入其工作流程的新方法的支持，无论是通过改善可视化和与其他化学软件包的互操作性，还是通过展示在云中运行的能力，可以满足企业合作伙伴明天越来越先进的需求。
总之，InQuanto 2.0汇集了一系列的新功能，使其继续成为量子计算机上计算化学家的正确选择：
1）效率
改进协议类的工作流程，以提高小型测试计算的效率--某些状态矢量计算的速度提高了10倍。
对称性利用积分算子类，有效处理化学哈密顿的双电子积分，使用的内存减少约50%。
优化的n粒子约化密度矩阵的可计算性。
2）算法
支持多参考计算的广泛的重组答案，以实现新类型的变分量子算法：具有改进的自定义答案开发工具
通用的变分量子求解器，可进行虚时和实时演化模拟
增加了片段分子轨道嵌入方法
新的QRDM-NEVPT2方法来测量4粒子约化密度矩阵并增加VQE能量的修正值
3）用户体验
FCIDUMP读/写，改善与其他量子化学软件包的集成
单元格可视化扩展，并支持操作者层面的特洛伊化
改进了H系列量子计算机上的资源成本估算，由霍尼韦尔提供技术支持
02
InQuanto 2.0的应用案例：福特汽车的电池模拟
福特汽车公司的量子研究人员正在寻求新的方法来模拟锂离子电池的化学成分。
通常情况下，对复杂的、真实世界的分子进行高度精确的模拟，是最先进的经典计算机所不能企及的，因为问题空间很大，而且随着系统的大小呈指数级增长。量子计算机克服了这一问题，其计算能力能够以指数形式扩展。
科学团队利用量子计算机研究了锂离子电池化学[2]。在这项工作中，科学家们使用了变分量子求解器（VQE）——一种用于寻找量子力学系统基态的算法。VQE是一种混合的量子-经典算法，它被部署在当今的量子计算机上，只解决分子系统中最受益于量子计算的部分，其余的计算则交给经典计算机。
在Quantinuum的量子化学平台InQuanto的支持下，使用这种混合方法，该团队能够处理与电池研究直接相关的分子。他们还展示了一种模拟，使量子化学领域更接近于能够在量子计算机上处理现实世界的问题。
实验中，使用了一个气相模型来模拟CoO2/CoO2的构件，以便在量子计算机上模拟。
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03
软件平台赋能应用，将进一步提升硬件能力
这些实验探索了超出当今量子计算机所能实现的计算方式，也表明Quantinuum的量子计算软件平台InQuantoTM可以扩展各种近期量子硬件的可能性。
下一步，Quantinuum正在迅速提高其H系列硬件的能力：
增加量子比特数量
提高量子比特的质量
开发新的降噪和纠错方法
率先使用逻辑量子比特
率先为开发者提供灵活的工具包，包括中间电路测量、附加逻辑、新型本地门组和量子比特重用技术
参考链接：
[1]https://www.quantinuum.com/news/by-chemists-for-chemists-introducing-inquanto-tm-2-0
[2]https://assets-global.website-files.com/62b9d45fb3f64842a96c9686/6398d42e35ebfc379a1a8367_InQuanto%20Case%20Study%20-%20Ford%5B64%5D%5B87%5D.pdf