QuantinuumとGE Vernova、Heliosトラップイオン・ハードウェアを活用し高温超伝導の解明を目指す

イオントラップ型開発企業の Quantinuum と GE Vernova’s Advanced Research Center (ARC) は、高温超伝導 (HTS) の基礎となる物理的メカニズムをモデリングするための共同研究提携を開始しました。この共同プログラムは、Quantinuum のフラッグシップである商用量子コンピュータ Helios 上で、クラウドベースの Nexus 開発環境を介してフェルミ・ハバード・シミュレーションを直接実行し、量子状態の準備と、GE Vernova の材料物理学およびグリッド規模の電力設備における専門知識を組み合わせます。

この提携は、GE Vernova の計算化学戦略における運用拡大を意味します。GE Vernova の研究者は、これまで GPU 加速状態ベクトルシミュレータを使用して二酸化炭素回収材料向けの変分量子アルゴリズムのベンチマークを行ってきましたが、今回の取り組みでは物理的な QPU ハードウェアを導入し、従来の密度汎関数法 (DFT) や平均場近似では困難な強相関電子構造に取り組みます。

従来の電子構造ソルバーの限界を打破する

高温超伝導体（液体窒素で到達可能な温度（77 K以上）で電気抵抗ゼロで電流を流すことができる材料）は、その特性を強相関電子相互作用に由来しています。従来の密度汎関数法 (DFT) などの計算手法では、平均場近似が格子を支配する激しい電子間反発や量子相転移を解決できないため、これらのマクロな相を予測することができません。

フェルミ・ハバード・モデルは、これらの強相関系を研究するための基本的な理論的枠組みとして機能します。数学的には単純ですが、2D フェルミ・ハバード格子の古典的なシミュレーションは、量子モンテカルロ法におけるフェルミ粒子サイン問題のため、システムサイズとともに指数関数的にスケールします。Quantinuum は以前、Helios 上でコヒーレント状態を準備し、高温超伝導相に関連する主要な秩序パラメータである s波および d波のペアリング相関の両方を測定できることを実証しました。

Helios と GE Vernova の計算物理チームを組み合わせることで、このプロジェクトは、これらの量子シミュレーションされたペアリング状態が、より制約の少ない極低温冷却閾値で動作する新しい化学組成の発見に役立つかどうかをマッピングすることに焦点を当てています。

グリッドインフラと推進装置への産業的影響

GE Vernova にとって、超伝導材料の性能における商業的進歩は、発電および送電部門に直接反映されます。従来の銅およびアルミニウム導体は、実用規模の設備全体で熱制限、重量の増加、および抵抗によるライン損失をもたらします。

実用的な HTS 材料の発見を加速させることは、3つの主要な商業的道筋をもたらします：