IBM użył swojego komputera kwantowego do symulacji cząsteczki — oto dlaczego to wielka wiadomość

Kategoria: Przetwarzanie danych Opublikowany 13 września

Właśnie zbliżyliśmy się trochę do zbudowania komputera, który może zakłócić dużą część świata chemii i wiele innych dziedzin. Zespół naukowców z IBM z powodzeniem wykorzystał swój komputer kwantowy IBM Q do precyzyjnej symulacji struktury molekularnej wodorku berylu (BeH2). To najbardziej złożona cząsteczka, jaką kiedykolwiek poddano pełnej symulacji kwantowej.

Symulacja molekularna polega na znalezieniu stanu podstawowego związku — jego najbardziej stabilnej konfiguracji. Brzmi dość łatwo, zwłaszcza jak na starą, trzyatomową cząsteczkę, taką jak BeH2. Ale żeby… naprawdę Znając stan podstawowy cząsteczki, musisz zasymulować, jak każdy elektron w każdym atomie będzie oddziaływać ze wszystkimi jądrami innych atomów, w tym z dziwnymi efektami kwantowymi, które występują w tak małej skali. Jest to problem, który staje się coraz trudniejszy wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki.

Podczas gdy dzisiejsze superkomputery mogą symulować BeH2 i inne proste molekuły, szybko stają się przytłoczone, a twórcy modeli chemicznych — którzy próbują wymyślić nowe związki do takich rzeczy, jak lepsze baterie i leki ratujące życie — są zmuszeni do przybliżenia, jak może zachowywać się nieznana cząsteczka. przetestuj go w prawdziwym świecie, aby sprawdzić, czy działa zgodnie z oczekiwaniami.

Obietnicą informatyki kwantowej jest znaczne uproszczenie tego procesu poprzez dokładne przewidywanie struktury nowej cząsteczki i sposobu, w jaki będzie ona oddziaływać z innymi związkami. W pracy opublikowanej dzisiaj w Natura (paywall) — a także dostępny na Arxivie (PDF) — zespół IBM wykazał, że może użyć nowego algorytmu do obliczenia stanu podstawowego BeH2 na swoim siedmio kubitowym chipie.

W pewnym sensie to niewielki postęp. Jest to jednak ważny krok na ścieżce coraz większej złożoności symulacji molekularnych przy użyciu komputerów kwantowych, które ostatecznie doprowadzą do przełomowych przełomów o znaczeniu komercyjnym.

Nawet teraz, jak zauważa zespół badawczy w ich post na blogu o pracy , IBM oferuje dostęp do 16-kubitowego komputera kwantowego jako bezpłatną usługę w chmurze. Im więcej kubitów ma chip — czyli bitów kwantowych, których można użyć do kodowania danych w wielu stanach naraz — tym większa złożoność obliczeń powinien być w stanie obsłużyć. Przynajmniej w teorii. Jak wskazaliśmy, gdy stworzyliśmy praktyczne komputery kwantowe jedną z naszych przełomowych technologii 2017 roku, jednym z największych wyzwań w projektowaniu komputerów kwantowych jest upewnienie się, że kubity pozostają w swoim delikatnym stanie kwantowym wystarczająco długo, aby wykonywać obliczenia. Jednak im więcej kubitów ma chip, tym trudniej jest to zrobić naukowcom.

Mimo to szybko zbliża się dzień, w którym komputery kwantowe prześcigną klasyczne maszyny – punkt przegięcia znany jako supremacja kwantowa. Niektórzy obserwatorzy uważają, że aby się tam dostać, wystarczyłby chip z 50 kubitami. I chociaż świat chemii może ogromnie skorzystać z takich postępów, nie jest to jedyna dziedzina. Oczekuje się, że komputery kwantowe będą supergwiazdami we wszelkich problemach optymalizacyjnych, co powinno pomóc w napędzaniu dużych postępów we wszystkim, od sztucznej inteligencji po sposób dostarczania pakietów klientom przez firmy.