在离子阱量子计算机上的大规模核磁共振模拟
Large-scale NMR simulation on a trapped-ion quantum computer
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- HQS Quantum Simulations GmbH（HQS量子模拟有限公司）
- Quantinuum
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中文总结 AI 辅助
本研究在Quantinuum H2离子阱量子计算机上，通过硬件高效约简和误差抑制，实现了对1,2-二叔丁基二膦烷的21自旋模型大规模数字NMR模拟，结果与经典计算一致，推动了量子模拟的实用化。
中文摘要 AI 辅助
模拟核磁共振（NMR）谱是量子模拟的一个有前景的应用。利用Quantinuum的System Model H2（一种离子阱量子计算机），我们演示了一个端到端的大规模数字NMR模拟，针对一个经典计算具有挑战性的基准分子：1,2-二叔丁基二膦烷。我们实现了一种硬件高效的核自旋哈密顿量约简，使得一个有效21自旋模型的Trotter化实时演化成为可能，并辅以定制的误差抑制以减少器件噪声的影响。重建的液态质子NMR谱与经典参考计算一致，并再现了先前量子硬件演示未能捕获的关键光谱特征。鉴于NMR在化学分析和工业研究中的广泛使用，这些结果将数字量子模拟NMR谱推向实际量子效用的方向。
英文摘要
Simulating nuclear magnetic resonance (NMR) spectra is a promising application of quantum simulation. Using Quantinuum's System Model H2, a trapped-ion quantum computer, we demonstrate an end-to-end, large-scale digital NMR simulation of a classically challenging benchmark molecule, 1,2-di-tert-butyl-diphosphane. We implement a hardware-efficient reduction of the nuclear-spin Hamiltonian, enabling Trotterized real-time evolution of an effective 21-spin model with tailored error suppression to reduce the effects of device noise. The reconstructed liquid-state proton NMR spectrum agrees with classical reference calculations and reproduces key spectroscopic features that previous quantum hardware demonstrations did not capture. Given the widespread use of NMR in chemical analysis and industrial research, these results advance digital quantum simulation of NMR spectra towards practical quantum utility.
