Google запустил первое в истории квантовое моделирование химической реакции
Из всех ожиданий, которые мы возлагаем на квантовые технологии, одним из самых захватывающих должна быть способность моделировать химию на беспрецедентном уровне. Теперь у нас есть первое представление о том, как это может выглядеть.
Вместе с командой сотрудников команда Google AI Quantum использовала свой 54-кубитный квантовый процессор Sycamore для моделирования изменений в конфигурации молекулы под названием диазен.
Что касается химических реакций, это одна из самых простых известных нам. Диазен — это не более чем пара атомов азота, связанных двойной связью, каждый из которых тянет за собой атом водорода.
Однако квантовый компьютер точно описал изменения положения водорода с образованием различных изомеров диазена. Исследователи также использовали свою систему, чтобы получить точное описание энергии связи водорода во всех более крупных цепях.
Какими бы простыми ни были эти две модели, внутри происходит много всего. Забудьте о шаблонных химических реакциях из школьных учебников — на уровне квантовой механики химия представляет собой сложную смесь возможностей.
В некотором смысле это разница между знанием того, что казино всегда будет приносить прибыль владельцу, и прогнозированием результатов отдельных игр, в которые играют внутри.
Квантовые компьютеры, с другой стороны, построены на тех же самых принципах квантовой вероятности, которые управляют химией на фундаментальном уровне.
Логические единицы, называемые кубитами, существуют в нечетком состоянии «либо / или». В сочетании с состояниями «может быть» других кубитов в системе они предоставляет инженерам уникальный способ выполнения вычислений.
Алгоритмы, специально разработанные для использования преимуществ этой квантовой механики, позволяют сокращать до минут то, на что классическому суперкомпьютеру потребовалось бы тысячи лет.
На простой подсчет суммы действий, определяющих энергию в молекуле пропана, у суперкомпьютера гипотетически уйдет больше недели. Но есть огромная разница между снимком энергии молекулы и расчетом всех способов, которыми они могут измениться.
При моделировании диазена для выполнения расчетов использовались 12 из 54 кубитов процессора Sycamore.
Команда расширила границы алгоритма, предназначенного для объединения классических процессов с квантовыми, разработанного для устранения ошибок, которые слишком легко возникают в тонком мире квантовых вычислений.
Все это увеличивает возможности моделирования в будущем, помогая нам разрабатывать более прочные материалы, создавать более эффективные фармацевтические препараты и даже открывать новые секреты квантового мира нашей Вселенной.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
Источники: Фото: Erik Lucero, Research Scientist and Lead Production Quantum Hardware
