IBM lança Qiskit Fermions 0.1.0

De acordo com pt.wedoany.com-A IBM Quantum lançou oficialmente o Qiskit Fermions (v0.1.0), uma biblioteca de software de código aberto e extensão de transpilação para sistemas fermiônicos, capaz de representar operadores fermiônicos, construir circuitos fermiônicos específicos de domínio e otimizar o mapeamento para arquiteturas de qubits. A biblioteca é construída sobre um núcleo Rust de alto desempenho, oferecendo bindings para Python e C, abordando a lacuna de compilação entre problemas de física de partículas interagentes, como química quântica e simulação de matéria condensada, e processadores de qubits padrão.

O Qiskit Fermions adota um design em camadas: o núcleo é um núcleo Rust de alto desempenho, com uma API Python e bindings C fornecidos nas camadas superiores, distribuído sob a licença Apache 2.0. Em termos de estratégia de transpilação, a biblioteca suporta síntese tardia de férmions para qubits e introduz codificação de fluxo auxiliada por qubits auxiliares. Em relação à integração de ecossistema, ela se conecta diretamente ao ffsim (simulação de espaço de Fock), além de se integrar ao plugin de diagonalização quântica baseada em amostragem (SQD) e às técnicas de compilação estocástica qDRIFT e SqDRIFT.

No fluxo de compilação, os fluxos de trabalho tradicionais de química quântica geralmente primeiro mapeiam o hamiltoniano fermiônico para qubits por meio de transformações como a de Jordan-Wigner, e então executam algoritmos de evolução temporal. O Qiskit Fermions inverte essa ordem, mantendo as operações na camada de "circuito fermiônico" específica do domínio nos estágios iniciais de compilação e adiando a conversão para portas de qubit até o estágio final de transpilação, preservando assim as simetrias físicas e as regras de conservação do número de partículas em um pipeline de compilação mais profundo.

Em testes de benchmark de evolução temporal do modelo Fermi-Hubbard 1D, com a codificação de fluxo local auxiliada por qubits auxiliares, os termos de salto de partículas são convertidos em rotações de qubit único, e a profundidade de portas de dois qubits permanece constante em 12 para tamanhos de sistema variando de 4 a 100 sítios; em comparação, a troterização tradicional de Jordan-Wigner atinge uma profundidade de 407 para 100 sítios. O canal de codificação desta extensão é plugável, permitindo que pesquisadores usem canais de conversão integrados ou mapeamentos fermiônicos para qubits personalizados sem alterar a lógica algorítmica de alto nível. A integração nativa com o ffsim permite que circuitos sejam simulados no espaço de Fock fermiônico compacto, em vez do espaço de Hilbert de qubits de tamanho 2^N, acelerando assim a validação local.

O Qiskit Fermions foi desenvolvido pelos pesquisadores da IBM Max Rossmannek, Jennifer Glick e Robert Davis, e faz parte da iniciativa "Ferramentas de Mapeamento de Utilidade" da IBM. Esta série de módulos de domínio reutilizáveis visa conectar definições de problemas físicos complexos à execução tolerante a falhas e com mitigação de erros, além de suportar diretamente o plugin SQD para estimativa de energia do estado fundamental e técnicas de compilação estocástica como SqDRIFT.