Wataru Mizukami

計算化学・量子化学+量子情報; 大阪大学 QIQB

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

汎用機械学習ポテンシャル x 量子コンピューティング のプレプリントをarXivにあげました。Do Tuan Minh さんが中心となって、石原さんと吉田さんの両名とともに、精力的に進めてくれた研究です。「量子計算を実際の計算化学のワークフローに組み込む」という方向で一歩前進できたと思っています。興味を持っていただけたら、ぜひ論文の方をご覧ください。
https://t.co/3SSDZeCA9Q

長文になりますが、以下に、興味を持ってくださった方向けに、背景等について少し長めに記載いたしました。

汎用機械学習ポテンシャル(uMLIP)は、原子分子スケールの基盤モデルとも呼ばれ、第一原理計算に匹敵する精度でこれまで計算できなかったサイズの分子・サンプリングを可能としてくれるツールです。uMLIPは第一原理計算と比べてとても高速で便利ですが、精度と適用範囲は学習に使われているDFT計算のレベルが上限となっていました。

他方、量子コンピューティングは、DFT計算では記述が難しい電子状態を取り扱う道具として期待されていますが、日常的な計算化学のツールとしてルーチンに使うには「重い」のです。雑な言い方ですが、uMLIPと量子計算を使った量子化学計算はお互いの長所と短所が真逆であり、それ故相補的な方法と言えます。

この観点のもと、我々は、量子計算(量子古典混合計算）から得られたエネルギーを使ってuMLIPをfine tuning する方法のPoCをおこないました。もちろん、量子計算の結果を使って、機械学習ポテンシャル(MLIP)を作ったり、DFTの交換相関汎関数を機械学習から作ったりするような研究はこれまでもありました。発想自体はとても素直なもので、誰でも思いつくものです。ただ、これまでの研究は簡単なモデルで実用レベルのものはありませんでした。

現実的な系に持っていけた理由としては、

1）QSCI (also known as SQD) に代表される Sampling Based algorithms の出現によって、量子古典混合計算の枠組みで、現実的な化学系の電子状態計算ができるようになったこと、
2）uMLIPの開発が大きく進展し、MACEのような強力なパッケージが整備されたことで uMLIPの本格的な fine tuning のハードルが大きく低下したこと、が挙げられます。（@IlyesBatatia さんをはじめとするMACEの開発者の皆様、素晴らしいソフトウェアをOSSとして公開してくれてありがとうございます。）

今回は、我々が以前公開した MACE-Osaka24 をpretrained modelとして使い、ごく少数の量子計算エネルギーでfine tuningしています。スクラッチからポテンシャルを作るのではなく、すでに広い化学空間を知っているuMLIPを、量子計算の参照エネルギーで少し持ち上げる、という方針です。参照データはエネルギーのみで、力は使っていません。量子計算の一部には大阪大学にある国産超伝導量子コンピュータが使われています。

まだまだ課題も山積みですし、見る人から見れば自明な研究かもしれません。しかし、少数の量子計算データを基盤モデルに注入することで、現実の大規模原子シミュレーションや熱力学量サンプリングにまでその高精度をつなげられる道筋を具体的に示せたことに意義があると思っています。

[Takafumi Miyanaga @orangekame3]

QC×HPC上で動かすアプリはもちろん連携インフラ考えたい人もWelcome!

[みす``た @mzt_kaoru22]

[公募] 大阪大学量子情報・量子生命研究センター 水田グループにて、特任助教・特任研究員を募集することになりました！
量子計算・量子情報を中心として関連する物性物理や数理物理などを専門とする方、ぜひ検討して頂ければと思います.

公募詳細 https://t.co/MoDqAf8bPW

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

@haittaobsahni こちら検証ありがとうございます。リリースしたバージョンには、UMAのFP64でフォースにバクがあることがわかってまして、こちら早急にfixします。

[Kosuke Mitarai @kosuke_mitarai]

アナウンスするのをすっかり忘れていましたが今日の学祭で研究室公開をしています！https://t.co/k9WfSXHoWm

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

Rust を選んだのは @HShinaoka さんにすすめてもらったからです。6 月にある程度できてから、セミナーで「そろそろ公開します」と言い続けて、ここまで延びてしまいました。まだα版で不具合も多々あるかもしれませんが、誰かの役にたつなら嬉しいです。

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

先週、機械学習ポテンシャル（MLIP） の Rust 製推論エンジン llmlip .rs を公開しました。Rust で書いていて、実行時に PyTorch や JAX に依存していません。

ご興味のある方は、皆様、ぜひ手元のマシンで試してみてください。Mac だと特に速いのでオススメです！
https://t.co/RwtVme4rJ5

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

4/ Forces are analytical. They are computed with e3nn-core-rs, our Rust implementation of E(3)-equivariant operations, using hand-derived derivatives instead of a general-purpose autodiff framework.
[https://t.co/aqd5Kfx2u2](https://t.co/heMIp3J6zj)

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

Thrilled to announce that last week we released llmlip-rs, an MLIP inference engine written in Rust. No PyTorch or JAX at runtime.

6,000-atom H₂O, 16-thread Apple Silicon CPU:
PyTorch MACE FP64: 13.09 s
llmlip-rs FP32: 0.74 s

Give it a try on your own machine and let us know how it goes!
https://t.co/oNLOp737vS

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

3/ It supports MACE, NequIP, PET, UMA and more. It also offers Apple Silicon GPU acceleration via Metal, and it can be built as a standalone executable or native library with interfaces for LAMMPS and OpenMM.

[Keisuke Fujii @fgksk]

昨年は各講師の人たちが、研究室ではこういうことやってまーすという、研究室紹介もありました。

また、”厳選された”量子コンピュータ関連企業からの企業紹介やインターン募集などの案内もあります。

量子計算の深淵なる世界をのぞいてみたい学生の皆さん、これから研究室を探そうと思っている全国の3年生の皆さん、4年生で量子情報の研究を始めたばっかりで一気に量子計算の専門的な知識を習得したいの皆さん、就職しようか量子で博士に行こうか迷っている修士課程の皆さん、物理や情報で博士とってから量子計算の分野に殴り込みたいとおおっている博士課程の皆さん、春の京都でお待ちしております。

遠くから参加の学生さんには、旅費補助も準備してます！乞うご期待。

[Keisuke Fujii @fgksk]

【超量子的拡散希望】来年3月に、量子計算スクール開催します。今年は京都駅近くのキャンパスプラザ京都にて！
（昨年は、参加登録開始間も無く150人を超えて締切ったので登録お早めに！）

開催情報
日程：2027年3月10日（水）、11日（木）、12日（金）の3日間
場所：キャンパスプラザ京都 第一講義室（京都駅から徒歩5分）　アクセスはこちら
対象：学部生、大学院生（線形代数を理解していること）、公的研究機関の研究員

今年は、量子計算の基礎理論から、最近大流行りの量子LDPC符号まで。
（参加登録者には去年やった量子情報の基本の基本の部分の講義動画にアクセスできるようにして予習できるようにします。線形代数をしっかりわかっていればついて来れるレベル感です）

誤り耐性量子計算（藤井）、量子アルゴリズム・リソース評価（東大吉岡さん）、量子LDPC（理研松岡さん他）、量子計算機アーキテクチャ（鈴木さん）と豪華講師陣。AIが人類の知能を超えても、まだ量子コンピュータは実現してません、未解決問題が盛りだくさん。

この春に研究の最先端に立ちましょう。
https://t.co/6U4l1FXt90

[Yoshi-aki Shimada @yoshi_and_aki]

量子コンピュータでマテリアルズ・インフォマティクスなPJを進めることになりました。

https://t.co/NEEmHfwLcy

[Wataru Mizukami @jlo8y0]

買いました！！

[Keisuke Fujii @fgksk]

阪大生協にて、量子コンピュータをモチーフにしたカードゲーム「シュレーディンガー・デュエル」が購入できるようになったそうです。小学生からプライできるカードゲームです。在庫には限りがあるようですので、阪大の量子の皆さんは、お早めに確保してください！！！

[Nick Rubin @nick_c_rubin]

The goal of n-representability is to characterize when a 2-particle reduced density matrix (2-RDM) comes from a valid n-fermion quantum state -- usually by finding 2-body "witnesses" that are non-negative. After working on this a long time I am excited to share our solution!

[内藤 壮俊 / Soshun Naito @hamburg_soshun]

[お知らせ]

量子懸賞金事業 "NEDO Challenge" のQoL部門で準優勝をいただきました! とっても嬉しいです

https://t.co/0b5R2fNxHN

賞金は量子プログラミングコンテストQCoderの活動資金に充てようと思います!
そろそろコンテストが開催される予定なので皆さま奮ってご参加ください〜

[Ikko Hamamura (濵村 一航) @ikkoham]

結局森さんってなんだ？

[Yuki Koizumi @Y_Koizumi_q]

個人ホームページを公開しました！
論文やセミナーで使用した資料、ブログなどをまとめていきます。日本語・英語の両方に対応していますので、ぜひご覧ください。
https://t.co/lXbgAesgJx