분자 기하학 결정하기
이전 섹션에서는 VQE를 구현하여 분자의 바닥 상태 에너지를 결정했습니다. 이는 양자 컴퓨팅의 유효한 활용 사례이지만, 분자의 구조를 결정하는 것이 더욱 유용할 것입니다.
Step 1: 고전적 입력을 양자 문제로 매핑하기
이원자 수소의 기본 예제를 그대로 사용하면, 변화시켜야 할 기하학적 매개변수는 결합 길이뿐입니다. 이를 위해 이전과 동일한 방식으로 진행하되, 초기 분자 구성에 변수(인수로 전달되는 결합 길이 x)를 사용합니다. 이는 비교적 간단한 변경이지만, 변수가 페르미온 해밀토니안 구성에서 시작하여 매핑을 거쳐 비용 함수까지 전파되므로, 전체 과정의 함수들에 해당 변수를 포함시켜야 합니다.
먼저 이전에 사용했던 패키지 일부를 불러오고 Cholesky 함수를 정의합니다.
# Added by doQumentation — required packages for this notebook
!pip install -q matplotlib numpy pyscf qiskit qiskit-aer qiskit-ibm-runtime scipy
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
#!pip install pyscf==2.4.0
from pyscf import ao2mo, gto, mcscf, scf
def cholesky(V, eps):
# see https://arxiv.org/pdf/1711.02242.pdf section B2
# see https://arxiv.org/abs/1808.02625
# see https://arxiv.org/abs/2104.08957
no = V.shape[0]
chmax, ng = 20 * no, 0
W = V.reshape(no**2, no**2)
L = np.zeros((no**2, chmax))
Dmax = np.diagonal(W).copy()
nu_max = np.argmax(Dmax)
vmax = Dmax[nu_max]
while vmax > eps:
L[:, ng] = W[:, nu_max]
if ng > 0:
L[:, ng] -= np.dot(L[:, 0:ng], (L.T)[0:ng, nu_max])
L[:, ng] /= np.sqrt(vmax)
Dmax[: no**2] -= L[: no**2, ng] ** 2
ng += 1
nu_max = np.argmax(Dmax)
vmax = Dmax[nu_max]
L = L[:, :ng].reshape((no, no, ng))
print(
"accuracy of Cholesky decomposition ",
np.abs(np.einsum("prg,qsg->prqs", L, L) - V).max(),
)
return L, ng
def identity(n):
return SparsePauliOp.from_list([("I" * n, 1)])
def creators_destructors(n, mapping="jordan_wigner"):
c_list = []
if mapping == "jordan_wigner":
for p in range(n):
if p == 0:
ell, r = "I" * (n - 1), ""
elif p == n - 1:
ell, r = "", "Z" * (n - 1)
else:
ell, r = "I" * (n - p - 1), "Z" * p
cp = SparsePauliOp.from_list([(ell + "X" + r, 0.5), (ell + "Y" + r, -0.5j)])
c_list.append(cp)
else:
raise ValueError("Unsupported mapping.")
d_list = [cp.adjoint() for cp in c_list]
return c_list, d_list
해밀토니안을 정의하기 위해 이전 예제와 동일하게 PySCF를 사용하되, 이제 원자 간 거리의 역할을 하는 변수 x를 포함합니다. 이 함수는 이전과 마찬가지로 핵심 에너지, 단일 전자 에너지, 이중 전자 에너지를 반환합니다.
def ham_terms(x: float):
distance = x
a = distance / 2
mol = gto.Mole()
mol.build(
verbose=0,
atom=[
["H", (0, 0, -a)],
["H", (0, 0, a)],
],
basis="sto-6g",
spin=0,
charge=0,
symmetry="Dooh",
)
# mf = scf.RHF(mol)
# mx = mcscf.CASCI(mf, ncas=2, nelecas=(1, 1))
# mx.kernel()
mf = scf.RHF(mol)
mf.kernel()
if not mf.converged:
raise RuntimeError(f"SCF did not converge for distance {x}")
mx = mcscf.CASCI(mf, ncas=2, nelecas=(1, 1))
casci_energy = mx.kernel()
if casci_energy is None:
raise RuntimeError(f"CASCI failed for distance {x}")
# Other variables that might come in handy:
# active_space = range(mol.nelectron // 2 - 1, mol.nelectron // 2 + 1)
# E1 = mf.kernel()
# mo = mx.sort_mo(active_space, base=0)
# E2 = mx.kernel(mo)[:2]
h1e, ecore = mx.get_h1eff()
h2e = ao2mo.restore(1, mx.get_h2eff(), mx.ncas)
return ecore, h1e, h2e
위의 구성은 원자 종류, 기하학, 전자 궤도를 기반으로 페르미온 해밀토니안을 만드는 것을 떠올려보세요. 아래에서 는 이 페르미온 해밀토니안을 파울리 연산자로 매핑합니다. 이 build_hamiltonian 함수에도 기하학적 변수가 인수로 포함됩니다.
def build_hamiltonian(distx: float) -> SparsePauliOp:
ecore = ham_terms(distx)[0]
h1e = ham_terms(distx)[1]
h2e = ham_terms(distx)[2]
ncas, _ = h1e.shape
C, D = creators_destructors(2 * ncas, mapping="jordan_wigner")
Exc = []
for p in range(ncas):
Excp = [C[p] @ D[p] + C[ncas + p] @ D[ncas + p]]
for r in range(p + 1, ncas):
Excp.append(
C[p] @ D[r]
+ C[ncas + p] @ D[ncas + r]
+ C[r] @ D[p]
+ C[ncas + r] @ D[ncas + p]
)
Exc.append(Excp)
# low-rank decomposition of the Hamiltonian
Lop, ng = cholesky(h2e, 1e-6)
t1e = h1e - 0.5 * np.einsum("pxxr->pr", h2e)
H = ecore * identity(2 * ncas)
# one-body term
for p in range(ncas):
for r in range(p, ncas):
H += t1e[p, r] * Exc[p][r - p]
# two-body term
for g in range(ng):
Lg = 0 * identity(2 * ncas)
for p in range(ncas):
for r in range(p, ncas):
Lg += Lop[p, r, g] * Exc[p][r - p]
H += 0.5 * Lg @ Lg
return H.chop().simplify()
VQE 자체를 실행하는 데 필요한 나머지 패키지들, 예를 들어 efficient_su2 ansatz와 SciPy 최소화 함수를 불러옵니다.
# General imports
# Pre-defined ansatz circuit and operator class for Hamiltonian
from qiskit.circuit.library import efficient_su2
from qiskit.quantum_info import SparsePauliOp
# SciPy minimizer routine
from scipy.optimize import minimize
# Plotting functions
# Qiskit Runtime tools
from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService
service = QiskitRuntimeService()
비용 함수도 다시 정의하겠습니다. 이 함수는 항상 완전히 구성되고 매핑된 해밀토니안을 인수로 받으므로, 함수 자체에는 아무런 변경이 없습니다.
def cost_func(params, ansatz, H, estimator):
pub = (ansatz, [H], [params])
result = estimator.run(pubs=[pub]).result()
energy = result[0].data.evs[0]
return energy
# def cost_func_sim(params, ansatz, H, estimator):
# energy = estimator.run(ansatz, H, parameter_values=params).result().values[0]
# return energy
Step 2: 양자 실행을 위한 문제 최적화
해밀토니안은 각각의 새로운 기하학마다 바뀌기 때문에, 연산자의 트랜스파일링도 각 단계마다 달라집니다. 그럼에도 불구하고, 사용하려는 하드웨어에 맞는 일반적인 패스 매니저를 각 단계에 적용할 수 있도록 미리 정의할 수 있습니다.
여기서는 사용 가능한 가장 한가한 Backend를 사용합니다. 해당 Backend를 AerSimulator의 모델로 활용하여, 실제 Backend의 노이즈 동작 등을 시뮬레이터가 모방할 수 있게 합니다. 이러한 노이즈 모델이 완벽하지는 않지만, 실제 하드웨어에서 어떤 결과를 기대할 수 있는지 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.
# Here, we select the least busy backend available:
backend = service.least_busy(operational=True, simulator=False)
print(backend)
# Or to select a specific real backend use the line below, and substitute 'ibm_strasbourg' for your chosen device.
# backend = service.get_backend('ibm_strasbourg')
# To run on a simulator:
# -----------
from qiskit_aer import AerSimulator
backend_sim = AerSimulator.from_backend(backend)
Circuit을 최적화하는 데 도움이 되는 패스 매니저 및 관련 패키지를 가져옵니다. 이 단계와 바로 위의 단계는 해밀토니안과 무관하므로, 이전 레슨과 동일합니다.
from qiskit.transpiler import PassManager
from qiskit.transpiler.preset_passmanagers import generate_preset_pass_manager
from qiskit.transpiler.passes import (
ALAPScheduleAnalysis,
PadDynamicalDecoupling,
ConstrainedReschedule,
)
from qiskit.circuit.library import XGate
target = backend.target
pm = generate_preset_pass_manager(target=target, optimization_level=3)
pm.scheduling = PassManager(
[
ALAPScheduleAnalysis(target=target),
ConstrainedReschedule(
acquire_alignment=target.acquire_alignment,
pulse_alignment=target.pulse_alignment,
target=target,
),
PadDynamicalDecoupling(
target=target,
dd_sequence=[XGate(), XGate()],
pulse_alignment=target.pulse_alignment,
),
]
)
Step 3: Qiskit 프리미티브를 사용하여 실행하기
아래 코드 블록에서는 원자 간 거리 의 각 단계별 출력값을 저장할 배열을 설정합니다. 의 범위는 평형 결합 길이의 실험값인 0.74 옹스트롬(Angstrom)에 대한 사전 지식을 바탕으로 선택했습니다. 먼저 시뮬레이터에서 실행하며, 이를 위해 qiskit.primitives에서 Estimator(BackendEstimator)를 임포트합니다. 각 기하학적 단계마다 해밀토니안을 구성하고, 옵티마이저 "cobyla"를 사용하여 일정 횟수(여기서는 500회)의 최적화 단계를 허용합니다. 각 기하학적 단계에서 전체 에너지와 전자 에너지를 모두 저장합니다. 옵티마이저 단계 수가 많기 때문에 1시간 이상 소요될 수 있습니다. 필요한 시간을 줄이려면 아래 입력값을 수정하는 것을 권장합니다.
from qiskit.primitives import BackendEstimatorV2
estimator = BackendEstimatorV2(backend=backend_sim)
distances_sim = np.arange(0.3, 1.3, 0.1)
vqe_energies_sim = []
vqe_elec_energies_sim = []
for dist in distances_sim:
xx = dist
# Random initial state and efficient_su2 ansatz
H = build_hamiltonian(xx)
ansatz = efficient_su2(H.num_qubits)
ansatz_isa = pm.run(ansatz)
x0 = 2 * np.pi * np.random.random(ansatz_isa.num_parameters)
H_isa = H.apply_layout(ansatz_isa.layout)
nuclear_repulsion = ham_terms(xx)[0]
res = minimize(
cost_func,
x0,
args=(ansatz_isa, H_isa, estimator),
method="cobyla",
options={"maxiter": 20, "disp": True},
)
# Note this returns the total energy, and we are often interested in the electronic energy
tot_energy = getattr(res, "fun")
electron_energy = getattr(res, "fun") - nuclear_repulsion
print(electron_energy)
vqe_energies_sim.append(tot_energy)
vqe_elec_energies_sim.append(electron_energy)
# Print all results
print(res)
print("All energies have been calculated")
accuracy of Cholesky decomposition 1.1102230246251565e-15
/home/porter284/.pyenv/versions/3.11.12/lib/python3.11/site-packages/scipy/_lib/pyprima/common/preproc.py:68: UserWarning: COBYLA: Invalid MAXFUN; it should be at least num_vars + 2; it is set to 34
warn(f'{solver}: Invalid MAXFUN; it should be at least {min_maxfun_str}; it is set to {maxfun}')
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = 1.316011435623847
The corresponding X is:
[2.32948769 5.39918229 3.03787975 4.11789904 4.97130735 2.68662232
1.76573151 2.48982571 5.40431972 3.65780829 1.33792786 5.48472494
6.18738702 1.78741883 0.78195251 2.96658955 1.35827677 5.599321
4.54850148 1.0939048 4.26158726 0.52100721 0.82318 4.76796961
3.75795507 3.8526447 5.51100375 5.91023075 2.61494836 1.79908918
2.65937756 5.53964148]
-0.44791260077615314
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: 1.316011435623847
x: [ 2.329e+00 5.399e+00 ... 2.659e+00 5.540e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 5.551115123125783e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = 0.7235003672327549
The corresponding X is:
[2.56282915 5.63369524 5.58059887 4.049643 4.2021266 3.06866011
6.01619635 1.52520776 4.35403161 0.33673958 0.32623161 1.2179545
2.84001371 3.98956684 4.89632562 1.38303588 1.96194695 2.13182089
0.29739166 1.77895165 3.29151585 3.54355374 4.49626674 0.95756626
0.87103927 4.53068385 1.31051302 0.37103108 1.02961355 3.13342311
5.65815319 2.24770604]
-0.5994426600672451
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: 0.7235003672327549
x: [ 2.563e+00 5.634e+00 ... 5.658e+00 2.248e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 5.551115123125783e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = 0.34960914928810116
The corresponding X is:
[5.44143165 6.75955835 1.56836472 3.09522093 4.67873235 1.67071481
0.3056494 0.65998337 1.02197668 5.21162959 0.43690354 3.56522934
4.56033119 1.90736037 0.40863891 2.87007312 3.2516952 5.90360196
1.99057799 5.20726456 0.74710237 6.03179202 3.80685028 0.03844391
5.88580196 3.62233258 3.98723567 2.50591888 5.44020267 2.2792993
5.57102303 4.46548617]
-0.7087452725518989
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: 0.34960914928810116
x: [ 5.441e+00 6.760e+00 ... 5.571e+00 4.465e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 2.220446049250313e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = 0.10594558882184543
The corresponding X is:
[5.35675483 2.26629567 1.45430546 5.56758296 5.76309509 0.73239338
5.1216998 3.03258872 4.33624828 1.93197674 0.5292902 3.32274987
3.43247633 0.81490741 0.48060245 1.9944799 5.67519646 5.12534057
0.06510627 2.52989834 6.1699519 0.94828957 5.91634548 1.5994961
4.27902164 2.3129213 1.82353095 2.10634209 1.43740426 4.06988733
0.59624074 4.93925418]
-0.7760164293781545
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: 0.10594558882184543
x: [ 5.357e+00 2.266e+00 ... 5.962e-01 4.939e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 1.1102230246251565e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = -0.06473600797229297
The corresponding X is:
[6.07735568 0.18019501 0.20743128 4.15445985 3.59388894 5.10047555
6.09938474 6.54707528 3.36251167 2.05475223 3.67078456 5.96010605
2.58589996 5.2723619 3.26352977 2.47432334 3.50289983 2.06620525
6.0946056 1.22751903 0.97320057 2.19564095 5.73174941 2.05127682
5.73805165 3.84046105 1.84816963 2.1247504 3.11106736 2.44136052
3.39002685 0.81596991]
-0.8207034521437214
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: -0.06473600797229297
x: [ 6.077e+00 1.802e-01 ... 3.390e+00 8.160e-01]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 5.551115123125783e-17
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = -0.19562982094782935
The corresponding X is:
[-0.02184462 3.67041038 7.25918653 5.89799546 0.63583624 1.84214506
2.84059837 5.31485182 1.6053784 0.04556618 0.32018993 -0.03884066
0.69131496 0.24203727 1.97397262 3.59723495 0.43355775 2.30131056
4.63482292 3.9857415 4.32320753 4.55388437 2.18753433 5.99034987
2.50489913 0.90650534 4.82518088 2.32954849 2.29901832 5.33658863
5.91246716 3.2405013 ]
-0.8571013345978292
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: -0.19562982094782935
x: [-2.184e-02 3.670e+00 ... 5.912e+00 3.241e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 1.1102230246251565e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = -0.2833766309947055
The corresponding X is:
[ 3.1700088 5.05055456 1.2545611 4.28751811 0.6255103 1.67526577
5.48201473 4.83820497 7.34880059 5.99705431 4.2502643 0.32066274
0.41001404 0.27271241 4.15682546 4.22393693 4.35148115 0.64538137
5.26288622 5.03810489 4.62426621 4.74997689 1.09603919 0.34752466
1.8116275 0.7474807 5.31754143 4.11181763 1.58797998 5.6299796
3.0109383 -0.19062772]
-0.8713513097947054
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: -0.2833766309947055
x: [ 3.170e+00 5.051e+00 ... 3.011e+00 -1.906e-01]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 1.1102230246251565e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = -0.3527503628484244
The corresponding X is:
[3.90513622 4.61398739 5.92552705 1.99953405 4.82157369 1.35702441
2.77701782 5.73612247 4.22710527 1.83463189 0.45796297 4.62509318
0.98998668 0.11666217 3.0234641 4.54298546 0.14034033 4.15635797
1.41257357 4.48719602 2.39365535 0.19672041 5.0763044 1.86357581
3.657757 4.60298344 2.49769577 1.88086199 3.00108725 1.84475841
5.24047385 4.91142914]
-0.8819275737684243
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: -0.3527503628484244
x: [ 3.905e+00 4.614e+00 ... 5.240e+00 4.911e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 2.7755575615628914e-17
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = -0.4022181851996095
The corresponding X is:
[6.09453981 3.5109422 3.37216019 4.94732621 1.25662002 5.89645164
5.06403334 2.68073141 4.40385083 1.13638366 1.73347762 6.82932871
1.15265014 2.07145964 4.36520459 1.14960341 1.62288871 4.32315915
5.45622821 0.93554005 3.17418483 0.47230243 1.31535502 5.77698726
2.04927925 2.50663538 5.9706002 5.4984681 2.9421232 1.56636313
1.09394523 4.62582 ]
-0.8832883769450639
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: -0.4022181851996095
x: [ 6.095e+00 3.511e+00 ... 1.094e+00 4.626e+00]
nfev: 34
maxcv: 0.0
accuracy of Cholesky decomposition 1.1102230246251565e-16
Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
Number of function values = 34 Least value of F = -0.44423031870708934
The corresponding X is:
[4.05765050e+00 3.99144950e+00 3.13287593e+00 3.28855137e+00
4.32613515e+00 4.91104512e+00 1.86521867e+00 2.18822879e+00
6.01336171e+00 1.82501276e+00 2.64830637e+00 5.53045823e+00
2.36110093e+00 3.98821703e+00 4.69013438e-01 4.38996815e+00
7.78103801e-04 1.72994378e+00 2.24970934e+00 1.11978200e+00
2.24846445e+00 4.90745512e+00 5.38474921e+00 5.03587994e+00
3.54297277e+00 4.78147533e+00 1.25990218e+00 1.99168068e+00
5.89203503e+00 1.77673987e+00 5.37848357e+00 5.60245198e-01]
-0.8852113278070892
message: Return from COBYLA because the objective function has been evaluated MAXFUN times.
success: False
status: 3
fun: -0.44423031870708934
x: [ 4.058e+00 3.991e+00 ... 5.378e+00 5.602e-01]
nfev: 34
maxcv: 0.0
All energies have been calculated
xx
np.float64(1.2000000000000004)
이 출력 결과는 후처리 섹션에서 아래에서 논의됩니다. 지금은 시뮬레이션이 성공적으로 완료되었다는 점만 확인하면 됩니다. 이제 실제 하드웨어에서 실행할 준비가 되었습니다. resilience를 1로 설정하여 TREX 오류 경감(error mitigation)이 사용됨을 나타냅니다. 이제 실제 하드웨어를 사용하므로 Qiskit Runtime과 Runtime 프리미티브를 사용합니다. 기하학적 구조에 관한 for 루프와 여러 변분 시도(variational trial) 모두 Session 내부에 포함되어 있다는 점에 유의하세요.
실제 하드웨어 실행에는 비용과 시간 제한이 따르기 때문에, 아래에서 기하학적 단계 수와 옵티마이저 단계 수를 줄였습니다. 정밀도 목표와 시간 제한에 맞게 이러한 단계들을 반드시 조정하세요.
# To continue running on real hardware use
from qiskit_ibm_runtime import Session
from qiskit_ibm_runtime import EstimatorV2 as Estimator
from qiskit_ibm_runtime import EstimatorOptions
estimator_options = EstimatorOptions(resilience_level=1, default_shots=2000)
distances = np.arange(0.5, 0.9, 0.1)
vqe_energies = []
vqe_elec_energies = []
with Session(backend=backend) as session:
estimator = Estimator(mode=session, options=estimator_options)
for dist in distances:
xx = dist
# Random initial state and efficient_su2 ansatz
H = build_hamiltonian(xx)
ansatz = efficient_su2(H.num_qubits)
ansatz_isa = pm.run(ansatz)
H_isa = H.apply_layout(ansatz_isa.layout)
nuclear_repulsion = ham_terms(xx)[0]
x0 = 2 * np.pi * np.random.random(ansatz_isa.num_parameters)
res = minimize(
cost_func,
x0,
args=(ansatz_isa, H_isa, estimator),
method="cobyla",
options={"maxiter": 50, "disp": True},
)
# Note this returns the total energy, and we are often interested in the electronic energy
tot_energy = getattr(res, "fun")
electron_energy = getattr(res, "fun") - nuclear_repulsion
print(electron_energy)
vqe_energies.append(tot_energy)
vqe_elec_energies.append(electron_energy)
# Print all results
print(res)
print("All energies have been calculated")
4단계: 후처리
시뮬레이터와 실제 하드웨어 모두에서, 각 원자간 거리에 대해 계산된 바닥 상태 에너지를 그래프로 나타내어 가장 낮은 에너지가 달성되는 지점을 확인할 수 있습니다. 그 지점이 자연에서 발견되는 원자간 거리여야 하며, 실제로도 근접한 값을 보입니다. 다른 앤사츠, 최적화기를 사용하거나, 각 기하학적 단계에서 계산을 여러 번 실행하고 여러 무작위 초기 조건에 대해 평균을 취하면 더 부드러운 곡선을 얻을 수 있습니다.
# Here we can plot the results from this simulation.
plt.plot(distances_sim, vqe_energies_sim, label="VQE Energy")
plt.xlabel("Atomic distance (Angstrom)")
plt.ylabel("Energy")
plt.legend()
plt.show()
최적화 단계 수를 단순히 늘린다고 해서 시뮬레이터 결과가 개선되지는 않을 것입니다. 모든 최적화가 실제로 최대 반복 횟수보다 적은 수의 반복 내에 필요한 허용 오차로 수렴했기 때문입니다.
실제 하드웨어의 결과는 약간 다른 범위의 값이 샘플링되었다는 점을 제외하면 비슷한 수준입니다.
plt.plot(distances, vqe_energies, label="VQE Energy")
plt.xlabel("Atomic distance (Angstrom)")
plt.ylabel("Energy")
plt.legend()
plt.show()
H2의 결합 길이는 0.74 옹스트롬, 전체 에너지는 -1.17 하트리여야 합니다. 시뮬레이터보다 실제 하드웨어 결과가 이 값에 더 가깝게 나왔습니다. 이는 두 경우 모두 노이즈가 존재했거나 시뮬레이션되었지만, 실제 하드웨어의 경우에만 오류 완화가 적용되었기 때문으로 보입니다.
마무리
이것으로 양자 화학을 위한 VQE 강좌를 마칩니다. 양자 컴퓨팅에 사용되는 기본 정보 이론에 대해 더 알고 싶으시다면, John Watrous의 양자 정보의 기초 강좌를 확인해 보세요. VQE 워크플로우의 추가적인 간단한 예시는 VQE를 활용한 하이젠베르크 체인의 바닥 상태 에너지 추정 튜토리얼을 참조하세요. 또는 튜토리얼과 강좌를 탐색하여 양자 컴퓨팅의 최신 기술에 관한 더 많은 교육 자료를 찾아보세요.
이 강좌의 시험을 꼭 응시하세요. 80% 이상의 점수를 받으시면 Credly 배지를 받으실 수 있으며, 이메일로 자동 발송됩니다. IBM Quantum® 네트워크의 일원이 되어 주셔서 감사합니다!
import qiskit
import qiskit_ibm_runtime
print(qiskit.version.get_version_info())
print(qiskit_ibm_runtime.version.get_version_info())
1.3.2
0.35.0