Zum Hauptinhalt springen
Dieses Projekt befindet sich in der Beta-Phase. Einen Fehler gefunden? GitHub Issue erstellen. Frage oder Idee? In Discussions fragen — wir freuen uns über dein Feedback!
Wie ist die Übersetzungsqualität auf dieser Seite?

SQD-Chemie-Workflows mit dem SBD-Eigensolver skalieren

# Added by doQumentation — installs the packages this notebook needs if they are missing
import importlib.util

_needed = {"numpy": "numpy", "pyscf": "pyscf", "qiskit_addon_sqd": "qiskit-addon-sqd", "sbd": "sbd"}
_missing = [pip for module, pip in _needed.items()
if importlib.util.find_spec(module) is None]
# One at a time, so a package that fails to install does not block the others
for _pip in _missing:
%pip install -q {_pip}
if not _missing:
print("\u2713 All required packages are installed")

Diese Anleitung zeigt, wie du den SBD-Eigensolver als alternativen Solver für Selected Configuration Interaction (SCI) verwendest, um größere fermionische Probleme zu diagonalisieren, als der standardmäßige PySCF-Solver bewältigen kann. SBD (Selected Basis Diagonalization) läuft im selben Prozess, ist mit MPI parallelisiert und bietet sowohl CPU- als auch CUDA-Backends. Informationen zur Installation und Verwendung findest du in der SBD-Dokumentation.

SBD kompiliert eine C++-Erweiterung gegen die auf dem Rechner verfügbaren MPI- und BLAS-Bibliotheken, daher musst du beide installieren, bevor du das Extra sbd installierst:

pip install qiskit-addon-sqd[sbd]

Da solve_sci_batch bereits der Solver-Schnittstelle entspricht, die diagonalize_fermionic_hamiltonian erwartet, kannst du es direkt an sci_solver übergeben, nachdem du seine Konfigurationsoptionen mit functools.partial gebunden hast. Um statt auf der CPU auf einer CUDA-fähigen GPU zu laufen, übergib device_config=DeviceConfig.gpu() aus sbd.device_config.

Weitere Details zum in diesem Beispiel verwendeten SQD-Code findest du im Tutorial zum Chemie-Hamiltonian.

from functools import partial

import numpy as np
import pyscf
import pyscf.cc
import pyscf.mcscf
from qiskit_addon_sqd.counts import generate_bit_array_uniform
from qiskit_addon_sqd.fermion import diagonalize_fermionic_hamiltonian
from sbd.sbd_solver import solve_sci_batch

# Specify molecule properties
num_orbitals = 16
num_elec_a = num_elec_b = 5
spin_sq = 0

# Build N2 molecule
mol = pyscf.gto.Mole()
mol.build(
atom=[["N", (0, 0, 0)], ["N", (1.0, 0, 0)]],
basis="6-31g",
symmetry="Dooh",
)

# Define active space
n_frozen = 2
active_space = range(n_frozen, mol.nao_nr())

# Get molecular integrals
scf = pyscf.scf.RHF(mol).run()
num_orbitals = len(active_space)
n_electrons = int(sum(scf.mo_occ[active_space]))
num_elec_a = (n_electrons + mol.spin) // 2
num_elec_b = (n_electrons - mol.spin) // 2
cas = pyscf.mcscf.CASCI(scf, num_orbitals, (num_elec_a, num_elec_b))
mo = cas.sort_mo(active_space, base=0)
hcore, nuclear_repulsion_energy = cas.get_h1cas(mo)
eri = pyscf.ao2mo.restore(1, cas.get_h2cas(mo), num_orbitals)

# Compute exact energy
exact_energy = cas.run().e_tot

# Create a seed to control randomness throughout this workflow
rng = np.random.default_rng(24)

# Generate random samples
bit_array = generate_bit_array_uniform(
10_000, num_orbitals * 2, rand_seed=rng
)

# Bind the SBD solver options. method=0 selects the Davidson eigensolver.
sbd_solver = partial(
solve_sci_batch,
sbd_config={"method": 0, "eps": 1e-5, "max_it": 10, "max_nb": 10},
)

# Run SQD
result = diagonalize_fermionic_hamiltonian(
hcore,
eri,
bit_array,
samples_per_batch=300,
norb=num_orbitals,
nelec=(num_elec_a, num_elec_b),
num_batches=5,
max_iterations=5,
sci_solver=sbd_solver,
symmetrize_spin=True,
seed=rng,
)
WARN: Unable to to identify input symmetry using original axes.
Different symmetry axes will be used.
converged SCF energy = -108.835236570774
CASCI E = -109.046671778080 E(CI) = -32.8155692383188 S^2 = 0.0000000
Energy = -28.25375765030941
Energy = -28.25375765030941
Energy = -28.25375765030941
Energy = -28.25375765030941
Energy = -28.25375765030941
Energy = -30.63923484895107
Energy = -31.84189676459039
Energy = -32.67859713028513
Energy = -31.68346579646724
Energy = -31.89038148016397
Energy = -32.77440443557443
Energy = -32.7445862988791
Energy = -32.77705680502877
Energy = -32.781393512705
Energy = -32.76632732988578
Energy = -32.80004322621618
Energy = -32.79978483683345
Energy = -32.79978311278118
Energy = -32.79811950451766
Energy = -32.80031839350911
Energy = -32.80388159827887
Energy = -32.80421476938036
Energy = -32.80490490614043
Energy = -32.80449612243751
Energy = -32.80517636244122
print(f"Exact energy: {exact_energy}")
print(f"Estimated energy: {result.energy + nuclear_repulsion_energy}")
Exact energy: -109.04667177808021
Estimated energy: -109.03627890220267