2026年10月9日・1分で読めます
量子ハードウェア開発企業であるQuantinuumは、ドイツのソフトウェアベンダーであるHQS Quantum Simulationsと協力し、Quantinuum System Model H2-1イオントラップ量子コンピュータ上で、デジタル核磁気共鳴（NMR）分光シミュレーションのエンドツーエンド実行を実証しました。このベンチマークでは、古典的に困難な22スピンの異核分子である1,2-ジ-tert-ブチルジホスファン（2つの31P核と20つの1H核を含む）の液相プロトンNMRスペクトルをモデル化しました。
分子スピンネットワークをイオントラップハードウェアにマッピングするため、共同チームは、二リンサブシステムをその一重項-三重項（|S⟩, |T0⟩）部分空間へのハードウェア効率的な射影を適用しました。これにより、システムは22個の物理スピンから21スピンの有効ハミルトニアンに縮小され、トロッターステップあたりの2量子ビットゲート要件が69個から20個のネイティブZZPhaseゲートに削減されました。
| [ Quantinuum H2-1 NMRシミュレーション技術パラメータ ] | ||
|---|---|---|
| パラメータ／領域 | ハードウェア実行指標 | 動作および回路機能 |
| • 量子ビット割り当て | • 合計42量子ビット（21システム＋21アンシラ） | • アンシラは回路途中の漏れ検出ガジェット専用。 |
| • トロッター化時間発展 | • 70トロッターステップ（離散時間ステップΔt＝0.42 ms） | • 物理的総発展時間：29.4 ms。 |
| • 回路深さとゲート指標 | • 最大2量子ビットゲート深さ：1,442ゲート | • ネイティブゲートセット：Rz、PhasedX、パラメータ化ZZPhase。 |
| • エラー抑制スタック | • エコーコンパイル、DD、漏れフィルタリング | • フルトロッターステップのパウリトワリング、サーバー側動的デカップリング、アンシラ支援漏れポストセレクション。 |
超伝導およびイオントラップシステムでの以前の22量子ビットハードウェア実験では、ジホスファンの3.9〜4.3 ppm領域を分解することが困難でした。この領域には、4次までの結合スピン相関追跡を必要とする微妙な二重ピーク構造が含まれています。全対全接続イオンチャネル全体で高いゲート忠実度を維持し、アイドルメモリエラーを軽減することで、H2-1ハードウェア実行は約0.07 ppmのスペクトル分解能で二重ピーク構造の再現に成功しました。
著者らは、現在のところ日常的な高磁場液相分光法ではSpinachなどの古典的ソルバーの方が計算効率が高いままであると指摘していますが、この結果は、ゼロから超低磁場（ZULF）NMRおよび固体材料キャラクタリゼーションのための深いデジタルハミルトニアンシミュレーションワークフローの実現可能性を検証するものです。
arXivのプレプリント原稿全文はこちらで、ベンダーの性能分析はQuantinuumブログこちらでご覧いただけます。
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