深科技企业H.I.Council(位于东京都涩谷区,代表:濵之上 太)利用IBM的量子电脑ibm_pittsburgh(Heron r2,156量子比特),率全球之先在实机上运行了作为固氮酶活性中心的FeMoCo分子108量子比特规模的电子结构计算,并将结果作为论文公开发表。该研究证实了量子电脑长期以来作为「杀手级应用」目标的FeMoCo化学精度计算,可通过运用量子化学知识的古典DMRG-AFQMC管道在48量子比特系统中达成,同时也首次明确了当前量子电脑所具备的定量极限(相干墙)。该论文已在日本化学会等主要化学会共同营运的预印本服务器ChemRxiv以及开放取用数据库Zenodo上公开。ChemRxiv (DOI:10.26434/chemrxiv.15001770/v2),Zenodo (DOI: 10.5281/zenodo.19463795),相关技术已申请专利(特愿2025-182361)。 【研究背景】 FeMoCo(铁钼辅因子,MoFe7S9C)是负责生物固氮作用的固氮酶之活性中心,其电子结构的精确计算是农药及肥料产业中设计新型触媒的关键。2017年,Reiher等人将计算FeMoCo电子结构所需的计算规模估算为「108量子比特」,并将其定位为量子电脑的「杀手级应用」。自此,FeMoCo便被视为量子电脑业界的长期目标。 然而,目前的NISQ量子电脑因杂讯限制了多体相关的精度,至今仍未有在实机上完成FeMoCo规模计算并量化其结果有效性的研究。 【本研究成果】 H.I.Council在IBM最新量子处理器ibm_pittsburgh(Heron r2,156量子比特)上,实机运行了跨越48、56、80、108量子比特四个尺度的FeMoCo电子结构计算。主要成果有以下四点: 第一,全球首次实机运行108量子比特规模的FeMoCo计算,并通过无相位辅助场量子蒙地卡罗法(ph-AFQMC),使统计误差达到±0.67 mHa(毫哈特里)。这是量子硬件在此规模计算中所达成的史无前例的精度。不过,要达成化学精度还需要进一步改善系统误差(无相位偏差),这一点已被明确列为下一个研究课题。 第二,通过跨越多个尺度的空间相关性测量,量化了随电路深度增加而导致的相关振幅系统性衰减。结果显示,即使穷尽约20种贝叶斯估计方法,在108量子比特规模下可提取的相关信号上限为r ≈ 0.03,他们将此命名为「相干墙」。这是首度对当前量子电脑的定量极限进行的系统性测量。 第三,利用深植于量子化学的古典计算手法(DMRG多行列式试探波函数 + ph-AFQMC),在48量子比特系统的FeMoCo电子结构计算中达成了化学精度(+1.07 mHa)。这项结果表明,量子电脑业界长年认为「只有量子计算才能解开」的FeMoCo化学精度计算,通过从另一条路径(古典量子化学手法)运用量子力学的知识也是可以达成的。这并非否定量子电脑,而是意味着「广义的量子霸权」,即将量子力学的理解转化为实用的多条路径之一已经开花结果。 第四,基于上述见解,对次世代量子硬件的改善提出了三个具体的建设性方向(摆脱各向同性热平衡、优先考量连接品质而非量子比特数、为保持信息骨干而进行的硬件偏差设计)。这些作为可验证的假设,是对量子硬件社群的呼吁。