АйБіЕм побила рекорд хімічної симуляції за допомогою квантового комп'ютера

Майбутнє квантових обчислень

Інженери моделювали взаємодії між субатомними компонентами складної молекули, використовуючи квантовий комп'ютер, роблячи значний стрибок в нашому моделюванні хімічних реакцій.

Моделювання було проведено IBM на сверхпроводящем обладнанні, і ця віха тільки що вийшла на нову територію, що може бути досягнуто за допомогою квантових обчислень.

Вже згадана молекула представляла собою гідрид берилію або BeH2. Це не сама химерна молекула в місті, але між цими двома водню і єдиним берилієм все ще багато відбувається, щоб обчислити комп'ютер.

В минулому році інженери Google змоделювали зв'язок пари атомів водню на своєму власному квантовому комп'ютері, демонструючи принципове доказ в складному моделюванні найпростішого розташування енергій в молекулах.

Молекулярні симуляції не революційні самі по собі - класичні комп'ютери здатні до деяких досить докладним моделям, які можуть включати в себе набагато більше трьох атомів.

Але навіть наші найбільші суперкомп'ютери можуть швидко боротися з експоненціальним характером відстеження квантових взаємодій кожного нового електрона, який бере участь у зв'язках молекули, щось на зразок прогулянки в парку для квантового комп'ютера.

Досягнення квантової переваги

Ці революційні пристрої останнім часом стали великою новиною: великі гравці в світі інформаційних технологій активно інвестують в гонки за квантове перевагу - лінію на піску, де квантові комп'ютери стають дійсно практичними інструментами, переважаючими міць традиційних обчислювальних систем.

Для швидкого 101; квантові комп'ютери - це пристрої, які використовують двійкові стану частинки в конкретних видах обчислень, подібно 1 або 0 в двійковому коді.

Зокрема, це властивість має розмите проміжний стан, зване суперпозицией, природа якої може бути застосована в обчисленнях, які зажадають від класичного комп'ютера тривалий час.

Це робить квантові комп'ютери великою проблемою для деяких речей, таких як знаходження суперсерізірованних простих чисел або, як в цьому випадку, - хрускіт чисел на взаємодії часток всередині молекули.

На відміну від діаграм стилю сонячної системи, ваш учитель хімії середньої школи малював на дошці, електрони не поводяться, як маленькі сфери, свистячі навколо ядра.

Замість цього вони існують в стані згинання розуму можливостей, які тільки ускладнюються, коли ви додаєте більше частинок в їх оточення.

Це становить те, що називається проблемою багатьох тіл у фізиці, і навіть кілька частинок в одному або двох вимірах потребують вирішення деяких хардкорних завдань.

Зазвичай фізики знайдуть короткі скорочення. Одне з таких спрощень, наприклад, називається методом Монте-Карло, який застосовує статистичний процес вибірки для вирішення проблем, заснованих на правилах.

Коли справа доходить до збільшення кількості заряджених частинок, ці короткі скорочення можуть швидко розвалюватися.

Наявність робочого квантового комп'ютера може потенційно забезпечити акуратний спосіб уникнути цих проблем.

Справа в тому, що навіть останні квантові комп'ютери маленькі і схильні до помилок.

Як крайній край, семіцікліческое пристрій, що використовується в цьому дослідженні, все ще належало на делікатні стану, які можна було використовувати тільки в обчисленнях на мікросекундах, залишаючи мало часу для тривалих процесів. Метою було розробити ефективний алгоритм, що описує розташування частинок в молекулах з трьома атомами, включаючи гідрид літію та гідрид берилію.

«Наша схема контрастує з раніше вивченими алгоритмами квантового моделювання, які спрямовані на адаптацію класичних схем молекулярного моделювання до квантовому обладнання - і при цьому ефективно не враховують обмежені накладні витрати сучасних реалістичних квантових пристроїв», - пояснюють дослідники IBM блог.

В кінцевому підсумку це означає, що ми будемо краще підготовлені до наступних поколінь квантових комп'ютерів, які займаються великими молекулами.

Хотілося б сподіватися, що в один прекрасний день у нас будуть такі докладні рішення різних проблем багатьох тіл, що ми зможемо передбачити взаємодію сполук набагато точніше, вказуючи шлях до поліпшених лікарських засобів або виявляючи неясні побічні ефекти до клінічні випробування навіть починаються.

В кінцевому рахунку, небо стане межею для квантових комп'ютерів. Але навіть найбільші і найкращі пристрої будуть гігантськими папероробними машинами без правильного програмного забезпечення, щоб управляти ними.

Це дослідження було опубліковано в Nature.