Estudo da viabilidade do uso da computação quântica para análise de propriedades de sólidos periódicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Pimenta, Raphael César De Souza lattes
Orientador(a): Bezerra, Anibal Thiago lattes
Banca de defesa: Rossato, Daniel Zini, Cuzinatto, Rodrigo Rocha
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Alfenas
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Física
Departamento: Instituto de Ciência e Tecnologia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.unifal-mg.edu.br/handle/123456789/2059
Resumo: Materials science has been developed over the last few decades with great help from digital simulations on the supercomputers that we have available in the current century. However, there are certainly known limits to how far these simulations can go and which systems we can simulate in an effective computation time. Quantum computing comes with promises to break certain barriers of classical computing, increasing the computing capacity available for the most diverse tasks, and, possibly, one of them will be materials science. In our work, we carried out a bibliographic review of what is currently done for the simulation of periodic materials through quantum computing, as well as we also carried out some simulations on quantum computers available for public access. A major point of our survey was that, among all applications of quantum computing, the application in periodic solid physics is still modest, while the applications on molecules being one of the largest sources of works and references. With that in mind, we were able to perform simulations for the band structure of some atoms, such as silicon and graphene, in a local simulator. We were also able to simulate a generalized Hamiltonian model in a quantum machine in silico, to study its behavior as we varied its parameters. For graphene, we were able to compute its structure in a local simulator and the result was similar to that expected in the literature. For silicon, we obtained a marked difference in its excited energy state, which we believe to be due to the simplicity of our approximation.
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Quantum computing comes with promises to break certain barriers of classical computing, increasing the computing capacity available for the most diverse tasks, and, possibly, one of them will be materials science. In our work, we carried out a bibliographic review of what is currently done for the simulation of periodic materials through quantum computing, as well as we also carried out some simulations on quantum computers available for public access. A major point of our survey was that, among all applications of quantum computing, the application in periodic solid physics is still modest, while the applications on molecules being one of the largest sources of works and references. With that in mind, we were able to perform simulations for the band structure of some atoms, such as silicon and graphene, in a local simulator. We were also able to simulate a generalized Hamiltonian model in a quantum machine in silico, to study its behavior as we varied its parameters. For graphene, we were able to compute its structure in a local simulator and the result was similar to that expected in the literature. For silicon, we obtained a marked difference in its excited energy state, which we believe to be due to the simplicity of our approximation.A física de materiais tem sido desenvolvida ao longo das últimas décadas com grande ajuda de simulações digitais nos supercomputadores que temos disponíveis no século atual. Porém, é certo que há conhecidos limites de até onde podem chegar essas simulações e quais sistemas somos capazes de simular em um tempo de computação eficaz. A computação quântica surge com promessas de romper certas barreiras da computação clássica, aumentando a capacidade computacional disponível para as mais diversas tarefas e, possivelmente, uma delas será a física de materiais. Em nosso trabalho realizamos uma revisão bibliográfica do que é feito atualmente para simulação de materiais periódicos através da computação quântica, assim como também realizamos algumas simulações em computadores quânticos disponíveis para acesso público. Um grande ponto de nosso levantamento foi que, dentre todas as aplicações da computação quântica, a aplicação em física de sólidos periódicos ainda é modesta, sendo a aplicação em sistemas moleculares uma das maiores fontes de trabalhos e referências. Pudemos realizar com o que descobrimos, simulações para a estrutura de bandas de alguns átomos, como o silício e o grafeno em um simulador local. Também pudemos simular em uma máquina quântica in silico um modelo generalizado de Hamiltoniano para estudar o seu comportamento a medida que variávamos seus parâmetros. Para o grafeno, fomos capazes de calcular sua estrutura em um simulador quântico local e o resultado foi similar ao que era esperado pela literatura. Para o silício obtivemos uma diferença acentuada no seu estado de energia excitado, que acreditamos ser devido a simplicidade de nossa aproximação.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade Federal de AlfenasPrograma de Pós-graduação em FísicaUNIFAL-MGBrasilInstituto de Ciência e Tecnologiainfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Computação Quântica.Algoritmos Quânticos.Física da Matéria Condensada.Computação Quântica Aplicada a Materiais.CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAEstudo da viabilidade do uso da computação quântica para análise de propriedades de sólidos periódicosFeasibility study of using quantum computing to analyze properties of periodic solidsinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion-4297417259498638931600600600-83271462965037459292075167498588264571reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal de Alfenas - RiUnifalinstname:Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL)instacron:UNIFALPimenta, Raphael César De SouzaLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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