Deel 8 · materiaalafgeleide 24-qubit hardware
We hebben nu meer dan een goud-geïnspireerde demonstratie: 24 echte spinormodi uit de gevalideerde QE+SOC/Wannier90-keten zijn als 24 qubits op IBM Kingston geëvolueerd. De lineaire ZNE-PEA-puntschatting ligt dichter bij de exacte referentie, maar de onzekerheid is nog te groot om van een statistisch aangetoonde correctie te spreken.
Wat precies is gesimuleerd?
| Keuze | Bevroren protocol |
|---|---|
| Materiaalbasis | Twee cellen met elk twaalf spinor-Wanniermodi uit Quantum ESPRESSO met spin-baan-koppeling en Wannier90: 24 bezettingsmodi, direct gecodeerd in 24 qubits. |
| Elektronen | 22 elektronen. De begintoestand is de Slater-determinant van de 22 laagste eigenmodi van de effectieve één-deeltjes-Hamiltoniaan; er is geen VQE gebruikt. |
| Excitatie | Een lokale fasekick van φ=0,25 op de linkercel. |
| Dynamica | Real-time evolutie tot 0,10 femtoseconde. |
| Observable | De ladingsonbalans ΔN=Nlinks−Nrechts, en voor de symmetrieroute het oneven deel onder φ→−φ. |
De klassieke lat vóór de hardware
Modevolgorde, bronchecksums, Hermiticiteit, deeltjesgetal, actief venster, tijdstap en de observable zijn vóór indiening bevroren. Een directe 24×24-correlatiematrixberekening geeft ΔN=0,1665042575; de onafhankelijke vaste-deeltjes-statevector geeft 0,1665042575 tot op ongeveer 4×10−15. Voor de exact oneven ±φ-combinatie is het doel 0,1665032535.
Het circuit passeerde de routinggrenzen op ibm_kingston: alle 24 probleemmodi werden op 24 fysieke qubits van de 156-qubitprocessor geplaatst. De Estimator-route had diepte 485 en 640 CZ-poorten.
De eerste hardwarecontrole faalde inhoudelijk
Een gematchte Sampler-run met −φ, 0 en +φ gebruikte 1024 shots per circuit. De gemeten oneven respons was −0,068359±0,06029, terwijl exact +0,166503 wordt verwacht. Het gemiddelde gemeten deeltjesgetal was ongeveer 18,58 in plaats van 22 en slechts 8–10% van de shots lag in de juiste N=22-sector. Symmetrie-aftrek verwijderde dus wel een statische offset, maar niet de dominante deeltjeslekkage.
Wat ZNE met probabilistische foutversterking veranderde
Daarna is precies één vooraf vastgelegde EstimatorV2-job uitgevoerd: d9u97qou5hac73agtv10, met PEA-ruisfactoren 1, 1,5 en 2, meetmitigatie en standaard 1024 shots per evaluatie. De exponentiële extrapolatie was primair; een lineaire fit was vooraf als secundaire diagnose vastgelegd.
| Resultaat | Oneven respons | Absolute puntfout | Interpretatie |
|---|---|---|---|
| Exact | 0,166503 | 0 | Klassieke referentie |
| PEA, exponentieel | 0,245088±0,220665 | 0,078585 | Primaire fit; teken klopt, interval is breed |
| PEA, lineair | 0,208149±0,210538 | 0,041646 | Secundaire fit; beste puntschatting |
Vergeleken met de eerdere Kingston/Fire Opal-puntschatting 0,247891 daalt de absolute puntfout bij de lineaire fit van 0,081387 naar 0,041646: een nominale reductie van 48,8%. Dat is de oorsprong van “ongeveer 50% beter”. Het is geen reductie van de volledige toestandfout en ook geen statistisch significante winst: het 95%-interval van de lineaire schatting is ongeveer [−0,205, 0,621]. De primaire exponentiële fit verbetert de puntfout nauwelijks.
Heeft PEA de 22-elektronentoestand hersteld?
Nee. PEA extrapoleert hier één verwachtingswaarde naar een geschatte nulruislimiet. De Estimator geeft geen volledige bitstringverdeling terug, zodat deze job niet kan aantonen dat de N=22-sector is hersteld. De eerdere Sampler-data tonen juist sterke deeltjesgetallekkage. Een goede puntschatting van één observable kan ontstaan zonder dat de volledige uitvoertoestand correct is.
Wat hebben we dan wél in handen?
- Een reproduceerbare hardware-uitvoering van een 24-mode, spin-baan-gekoppelde goud-Hamiltoniaan die rechtstreeks uit QE/Wannier90 is afgeleid.
- Een begintoestand met 22 bezette bandmodi, zonder VQE, plus een exact klassiek gecontroleerde lokale ladingsrespons.
- Een sign-consistente PEA-uitkomst en een lineaire puntschatting met 48,8% kleinere puntfout dan de bevroren eerdere Kingstonvergelijking.
- Een duidelijk negatieve diagnose: met 1024 shots en deze circuitdiepte is de hardware-uitkomst nog niet nauwkeurig genoeg om de elektronenconfiguratie of respons statistisch te bevestigen.
De reproduceerbare resultaatbundel bewaart configuraties, QPY/QASM, backendmapping, job-ID en checksums. De geanalyseerde PEA-resultaatfile heeft SHA-256 ba147e56df6ede1c1f9afa64be811b364aaeff38ea9f029b0bac71b8abf487a8.
Een systematische prioriteitscontrole vond geen eerdere publicatie met precies deze combinatie van 24 gebruikte qubits, echte gate-based hardware, elementair goud, real-time één-deeltjesdynamica en een QE+SOC/Wannier90-Hamiltoniaan. Voor een wetenschappelijk artikel moet die negatieve literatuurzoektocht vlak vóór indiening opnieuw worden uitgevoerd; deze Edukaizen-pagina maakt daarom geen brede “eerste”-claim.
Bronnen en reproduceerbaarheid
Stand van het project: 13 augustus 2026. Cijfers zijn afkomstig uit de bevroren lokale onderzoeksartefacten; claimgrenzen zijn bewust behouden.