Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program - Collaborative R&D Initiatives

One of the great successes of computational chemistry is the Density Functional Theory (DFT). By expressing the energy of a system in terms of a functional of the density instead of a wave function, the problem of determining the correct electronic structure for a given nuclei configuration becomes classically tractable. However, the exact form of this energy functional is unknown, leaving us with approximations which break down when electrons are strongly correlated. The design of better functionals is an active research field. The Project proposes to get around this difficulty by performing Hamiltonian simulation on quantum computers for a wide variety of nuclei configuration from which an accurate electronic density is extracted, total energy and pair correlation. By performing a regression on a database generated in this manner, a better approximation to the density functional could be learned. In turn, it would allow to use DFT for problems beyond the reach of the usual approximate functionals. Even when fault-tolerant quantum computers come into existence, one cannot expect them to be widely available. Therefore, the Project aims at gaining the most out of every computation; The recipients believe that applications that extend the abilities of classical computers are one of the best uses for quantum computers. Because of the considerable classical computation infrastructure already available, this project will allow the discovery of novel materials and molecules faster than exclusive use of quantum computers.

La théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) est l’une des grandes réussites de la chimie numérique. En exprimant l’énergie d’un système selon une fonctionnelle de la densité au lieu d’une fonction d’onde, le problème de la détermination de la structure électronique appropriée pour une configuration de noyau donnée devient traitable selon la méthode classique. Cependant, la forme exacte de cette fonctionnelle énergétique n’est pas connue, ce qui nous oblige à utiliser des approximations qui s’effondrent lorsque les électrons sont fortement corrélés. La conception de meilleures fonctionnelles est un domaine de recherche actif. Le projet propose de contourner cette difficulté en effectuant des simulations hamiltoniennes sur des ordinateurs quantiques pour une grande variété de configurations de noyaux, à partir desquelles une densité électronique précise est extraite, ainsi que l’énergie totale et la corrélation des paires. En effectuant une régression sur une base de données générée de cette manière, une meilleure approximation de la fonctionnelle de la densité (DFT) pourrait être apprise. En outre, cela permettrait d’utiliser la DFT pour résoudre des problèmes hors de portée des fonctionnelles approximatives habituelles. Même lorsque des ordinateurs quantiques tolérants aux fautes verront le jour, il ne faudra pas s’attendre à ce qu’ils soient largement disponibles. Le projet a donc pour but de tirer le meilleur parti de chaque calcul. Les bénéficiaires estiment que les applications qui augmentent les capacités des ordinateurs classiques constituent l’une des meilleures utilisations des ordinateurs quantiques. Grâce à l’importante infrastructure de calcul classique déjà accessible, ce projet permettra de découvrir de nouveaux matériaux et de nouvelles molécules plus rapidement qu’avec l’utilisation des seuls ordinateurs quantiques.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators. In the long term, find collaborative solutions to public policy challenges and create stronger innovation systems.

À court terme, les résultats prévus seront des collaborations renforcées entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour soutenir l'excellence en recherche. À moyen terme, les résultats attendus seront le développement de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs. À long terme, trouver des solutions collaboratives aux défis des politiques publiques et créer des systèmes d'innovation plus solides.

Collaborate on multiparty research and development programs to catalyze transformative, high-risk, high-reward research with the potential for game-changing scientific discoveries and technological breakthroughs in priority areas.

Collaborer à des programmes multipartites de recherche-développement dans le but de profiter de la synergie entre la recherche transformatrice à haut risque et à haut rendement et le potentiel de découvertes scientifiques et de percées technologiques révolutionnaires dans des secteurs d’intervention prioritaires.