IBM publie Qiskit Fermions 0.1.0

fr.wedoany.com Rapport : IBM Quantum a officiellement publié Qiskit Fermions (v0.1.0), une bibliothèque logicielle open source et une extension de transpilation pour les systèmes fermioniques, permettant de représenter des opérateurs fermioniques, de construire des circuits fermioniques spécifiques au domaine et d'optimiser le mappage vers l'architecture des qubits. Cette bibliothèque, construite sur un noyau Rust haute performance, offre des liaisons Python et C, et répond au fossé de compilation entre les problèmes de physique des particules en interaction, tels que la chimie quantique et la simulation de la matière condensée, et les processeurs à qubits standard.

Qiskit Fermions adopte une conception en couches : le cadre central est un noyau Rust haute performance, avec une API Python et des liaisons C en couche supérieure, publié sous licence Apache 2.0. En termes de stratégie de transpilation, la bibliothèque prend en charge la synthèse différée des fermions vers les qubits et introduit un encodage de flux assisté par qubits auxiliaires. En matière d'intégration écosystémique, elle s'interconnecte directement avec ffsim (simulation de l'espace de Fock), tout en se connectant au plugin de diagonalisation quantique par échantillonnage (SQD) ainsi qu'aux techniques de compilation stochastique qDRIFT et SqDRIFT.

Dans le flux de compilation, les flux de travail traditionnels de chimie quantique mappent généralement l'hamiltonien fermionique vers des qubits via des transformations telles que Jordan-Wigner, puis exécutent des algorithmes d'évolution temporelle. Qiskit Fermions inverse cet ordre, en conservant les opérations dans la couche « circuit fermionique » spécifique au domaine dès les premières étapes de compilation, et en reportant la conversion en portes à qubits à l'étape finale de transpilation, préservant ainsi les symétries physiques et les règles de conservation du nombre de particules dans un pipeline de compilation plus profond.

Dans les tests de référence d'évolution temporelle du modèle Fermi-Hubbard 1D, grâce à l'encodage de flux local assisté par qubits auxiliaires, les termes de saut de particules sont convertis en rotations à un seul qubit, et la profondeur des portes à deux qubits reste constante à 12 pour des tailles de système allant de 4 à 100 sites ; en comparaison, la trottérisation traditionnelle de Jordan-Wigner atteint une profondeur de 407 pour 100 sites. Le canal d'encodage de cette extension est enfichable, et les chercheurs peuvent utiliser les canaux de conversion intégrés ou définir des mappages fermions-vers-qubits personnalisés sans modifier la logique algorithmique de haut niveau. L'intégration native de ffsim permet de simuler les circuits dans l'espace de Fock fermionique compact plutôt que dans l'espace de Hilbert des qubits de taille 2^N, accélérant ainsi la validation locale.

Qiskit Fermions a été développé par les chercheurs d'IBM Max Rossmannek, Jennifer Glick et Robert Davis, et fait partie de l'initiative « outils de mappage d'utilité » d'IBM. Cette série de modules de domaine réutilisables vise à relier la définition de problèmes physiques complexes à l'exécution tolérante aux fautes et à l'atténuation des erreurs, et prend directement en charge le plugin SQD pour l'estimation de l'énergie de l'état fondamental ainsi que des techniques de compilation stochastique telles que SqDRIFT.