新興深度科技公司H.I.Council首次在IBM量子電腦上執行FeMoCo分子108量子位元計算 — 為過去認為只能由量子電腦解決的化學精度計算開闢道路。

深度科技公司H.I.Council（位於東京都澀谷區，代表：濵之上 太）已在全球首次成功在IBM的最新量子處理器ibm_pittsburgh（Heron r2，156量子位元）上，執行了氮固定酶活性中心FeMoCo分子108量子位元規模的電子結構計算，並將結果作為論文公開。該研究證明了FeMoCo的化學精度計算，這個量子電腦長期以來視為「殺手級應用」的目標，可以透過結合量子化學知識的經典DMRG-AFQMC管線在48量子位元系統中實現。同時，該研究首次明確了當前量子電腦的定量限制（相干壁）。論文已在日本化學會等主要化學會共同營運的預印本伺服器ChemRxiv（DOI: 10.26434/chemrxiv.15001770/v2）和開放存取儲存庫Zenodo（DOI: 10.5281/zenodo.19463795）上公開。相關技術已申請專利（特願2025-182361）。研究背景：FeMoCo（鐵鉬輔因子，MoFe7S9C）是生物固氮酶的活性中心，其電子結構的精確計算是農藥和肥料產業新觸媒設計的關鍵。2017年，Reiher等人估計FeMoCo電子結構計算所需的計算規模為108量子位元，並將其定位為量子電腦的「殺手級應用」。此後，FeMoCo一直被視為量子電腦產業的長期目標。然而，目前的NISQ量子電腦受雜訊限制，多體相關的精度受限，此前並無研究在實際機器上完成FeMoCo規模的計算並定量驗證其結果的有效性。H.I.Council的研究取得了以下四個主要成果：首先，全球首次在實際機器上執行了108量子位元規模的FeMoCo計算，透過無相位輔助場量子蒙特卡羅法（ph-AFQMC）達到了±0.67 mHa的統計誤差。這是量子硬體在此規模計算中前所未有的精度，但化學精度的實現仍需改進系統誤差（無相位偏差），這被明確為下一個研究課題。其次，透過多尺度空間相關測量，量化了隨著電路深度增加，相關振幅的系統性衰減。結果顯示，在108量子位元規模下，可提取的相關訊號上限為r ≈ 0.03，並將其命名為「相干壁」。這是首次對當前量子電腦定量限制的系統性測量。第三，透過深入量子化學的經典計算方法（DMRG多行列式試驗波函數 + ph-AFQMC），在48量子位元FeMoCo電子結構計算中達到了化學精度（+1.07 mHa）。這表明，量子電腦產業長期以來認為「只能由量子計算解決」的FeMoCo化學精度計算，可以透過利用量子力學知識的另一條途徑（經典量子化學方法）實現。這並非否定量子電腦，而是意味著「廣義量子優勢」，即將量子力學的理解轉化為實際應用的多種途徑之一已取得成果。第四，基於上述發現，提出了改進下一代量子硬體的三個具體方向：擺脫各向同性熱平衡化、優先考慮連接品質而非量子位元數量、以及設計硬體偏差以保持資訊骨幹。這些是可驗證的假設，作為對量子硬體社群的呼籲。