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Tipo: TCC
Título: Circuitos quânticos variacionais simétricos e otimização bayesiana para determinação da energia de estado fundamental no trióxido de molibdénio
Autor(es): Bezerra, David Machado Couto
Orientador: Castro, Antônio Joel Ramiro de
Coorientador: Silva, Thiago Werlley Bandeira da
Palavras-chave em português: algoritmos;química quântica;otimização
CNPq: CNPQ: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
Data do documento: 2024
Citação: BEZERRA, David Machado Couto. Circuitos quânticos variacionais simétricos e otimização bayesiana para determinação da energia de estado fundamental no trióxido de molibdénio. 2024. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação)-Universidade Federal do Ceará, Campus de Quixadá, Quixadá, 2024.
Resumo: Este trabalho investiga a aplicação do algoritmo Variational Quantum Eigensolver (VQE) para a molécula de Trióxido de Molibdénio (MoO3), em foco na integração eficaz de diferentes estratégias de otimização em simulações quânticas. O estudo propõe a utilização de um estado de referência, definido por um algoritmo genético e combinado em um circuito variacional simétrico otimizado para hardware. Além disso, utiliza-se a otimização bayesiana para determinar a energia do estado fundamental do Trióxido de Molibdênio (MoO3). Para demonstrar a validade do modelo construído foi realizado diferentes benchmarks comparando com diferentes modelos de circuitos e algoritmos de otimização. O processo foi dividido em três etapas: simulação com ruído, sem ruído e em um ambiente real. Na simulação sem ruído, foram comparados diferentes circuitos e otimizadores com a abordagem proposta neste trabalho. Em seguida, na simulação com ruído, os dois melhores otimizadores da etapa anterior foram utilizados para uma nova comparação. Finalmente, a execução em um computador quântico real da International Business Machines Corporation (IBM), limitada a 10 minutos, foi realizada. Os resultados gerais demonstraram a superioridade da estratégia proposta, destacando-se pelo tempo de convergência, simplicidade do circuito montado e eficiência, mesmo em condições limitadas, sugerindo que, com mais tempo, a precisão poderia ser ainda maior. Este estudo contribui, para o avanço dos estudos em computação quântica aplicados à química quântica, mostrando que a utilização de circuitos variacionais simétricos em conjunto com o otimizador bayesiano são o caminho correto para o VQE.
Abstract: This work investigates the application of the Variational Quantum Eigensolver (VQE) algorithm for the Molybdenum Trioxide (MoO3) molecule, focusing on the effective integration of different optimization strategies in quantum simulations. The study proposes the use of a reference state, defined by a genetic algorithm and combined in a symmetric variational circuit optimized for hardware. Additionally, Bayesian optimization is used to determine the ground state energy of MoO3. To demonstrate the validity of the constructed model, different benchmarks were carried out, comparing various circuit models and optimization algorithms. The process was divided into three stages: simulation without noise, simulation with noise, and execution in a real environment. In the noiseless simulation, different circuits and optimizers were compared with the approach proposed in this work. Then, in the noisy simulation, the two best optimizers from the previous stage were used for a new comparison. Finally, execution on a real IBM quantum computer, limited to 10 minutes, was performed. The overall results demonstrated the superiority of the proposed strategy, standing out for its convergence time, simplicity of the constructed circuit, and efficiency, even under limited conditions, suggesting that with more time, the accuracy could be even higher. This study contributes to the advancement of quantum computing applied to quantum chemistry, showing that the use of symmetric variational circuits combined with Bayesian optimization is the right path for VQE.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78567
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-3489-8712
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9668328135821873
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0001-7166-1103
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/3545907332785812
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO-QUIXADÁ - Monografias

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