对铁硫簇上 SQD/QSCI 量子化学基准的自旋审计

作者在此。<p>背景：如果你没有关注过这场争论，IBM 的铁硫 SQD 结果（Sci. Adv. 2025）是“量子计算机现在对化学有用”这一旗舰主张之一，而一篇已发表的批评（arXiv:2501.07231）认为，在匹配成本下，量子样本从未击败经典的 selected-CI。这场争论仍在持续。<p>双方一直在争论能量。没有人实际测量过这些计算会收敛到哪个电子态。<p>所以我测量了它。⟨S²⟩ 的结果介于 4.7 到 7.0 之间，具体取决于系统和子空间大小，而这些论文所述的目标是 ⟨S²⟩ = 0 的单重态。我尝试过的每一个初始猜测都落在同一位置，收敛时的误差大约相当于自旋态阶梯本身的尺度——而这<i>正是</i>争议背后的物理。<p>IBM 为此提供了一种缓解措施。完全按照发布方式运行，使用他们的驱动程序、他们的恢复循环和他们自己的 spin_square() 诊断程序，它使基态能量移动了不到一个纳哈特里，同时将子空间扩大了 4.00 倍：194,481 个行列式对比 48,600 个。它使得单重态变得可表示，但从未实际产生出单重态。他们的求解器还接受一个名为 spin_sq 的参数，可直接以单重态为目标，但默认流水线从不设置它。<p>昨天，在发布这篇文章之前，我把这个具体问题提交到了他们的跟踪器上：<a href="https://github.com/Qiskit/qiskit-addon-sqd/issues/337" rel="nofollow">https://github.com/Qiskit/qiskit-addon-sqd/issues/337</a>。一位维护者当天就回复并关闭了它，而他的回答正是有价值的部分。用他的话来说，这个标志通过将 alpha CI 字符串用作 beta 字符串，反之亦然，来扩充采样子空间。这是关于哪些行列式张成该空间的陈述，而不是关于返回态最终处于什么自旋态的陈述——这正是测量所表明的。他没有质疑这些数字。第二个问题，即默认路径是否本应达到 spin_sq，仍然没有答案。<p>一个显而易见的反对意见是，这些都是我自己重新实现的，所以这里给出不是这样的部分。IBM 为那篇旗舰论文提供的数据可用性存档包含了原始硬件测量记录：2023 年 12 月 [2Fe-2S] 的 2,457,600 次采样，2024 年 4 月 [4Fe-4S] 的 3,163,742 个结果，以及积分和优化电路的参数。将他们的采样数据通过他们自己的流水线运行，[2Fe-2S] 达到了较低的 ⟨S²⟩，但偏离他们自己的参考值 248 mHa；而 [4Fe-4S] 收敛到一个自旋纯三重态，Var(S²) = 3e-6，一个真正的 S=1 本征态：一个干净的状态，却是错误的状态，距离他们的参考值 1,438 mHa。<p>那份存档中有两件事完全不需要我来分析。他们的均匀随机对照在每一个已发表的 [2Fe-2S] 比较中都能与硬件样本相当或胜过硬件样本。而他们最大的 [4Fe-4S] 运行，在子空间维度 10⁸ 下，落后于他们自己的经典 HCI 文件 149 mHa。<p>关于 AI 的部分，因为这是它上 HN 的一半原因：Claude 在我的指导下大约 72 小时内端到端地完成了初步审计，此后又经过了多轮对抗性审查。我会认为真正有趣的部分不是速度。它通过预先登记的验证门发现了自己工作中的五个缺陷，其中一个是与 IBM 自己发布的能量表进行交叉核对发现的；当新的工具显示那个结果是自旋扇区伪影时，它撤回了自己最强有力的支持量子的发现。AUDIT_TRAIL.md 里有时间线。REPRO_MAP.md 将每项声明映射到一个文件和一条可重新生成它的命令。<p>如果你想要推翻这一点——我是认真的——方法如下：在这些基准的自旋完备基态流形中展示任意一个 ⟨S²⟩ &lt; 1 的状态。或者给我看一个在匹配行列式数量下，其自旋识别能量击败 HCI 或 CIPSI 的量子采样子空间。或者让任何已发布的流水线在 IBM 存档的样本上运行，同时达到 ⟨S²⟩ &lt; 1 且误差低于 50 mHa，且没有自旋惩罚。测试工具就在存档中，无论返回什么结果我都会公开，包括如果错的是我。<p>预印本：<a href="https://doi.org/10.26434/chemrxiv.15006382/v1" rel="nofollow">https://doi.org/10.26434/chemrxiv.15006382/v1</a><p>局限性部分是真的：比较维度是固定的，[4Fe-4S] 参考值是近似的，而且 58.6M 的“样本”文件是去重后的，因此他们最优电路数值的逐次采样分布无法公开审计。这部分很短。在发表激烈评论之前值得一读。