跨越12,000原子的异构量子-经典超算界限:蛋白质-配体复合物的量子化学研究

从头算波函数方法能够提供精确的分子模拟,但其计算复杂度限制了其在小型系统上的应用。该工作开发了一套工作流程,结合量子嵌入将分子分解为碎片,并采用异质量子-经典(HQC)方法模拟这些碎片。该团队在两个156量子比特的量子处理器(ibm_cleveland、ibm_kobe)上采样了碎片的电子构型,使用多达94个量子比特,运行了9200个电路,耗时超过100小时,收集了1.3×10^9个测量结果——这是迄今为止量子化学领域资源消耗最大的HQC计算。该团队通过优化子空间对角化,在两个超级计算机(Fugaku、Miyabi-G)上计算了碎片波函数,利用可扩展的分布式线性代数内核实现了72.5%的并行效率。该工作模拟了分别以色散力和静电力主导的两个蛋白质-配体复合物(含11608和12635个原子),证明系统规模相比先前最优水平提升了40倍以上,精度最高提升了210倍,且HQC在碎片能量上达到了耦合簇(CCSD)方法的精度,从而为系统性可改进的生物分子模拟建立了一条可扩展的路径。

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提交arXiv: 2026-05-01 22:30

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