|
Квантовый компьютер впервые применяется в химии
|
|
|
|
Есть большие надежды на то, что квантовые компьютеры могут предоставить революционно новые возможности для моделирования химических процессов. Это может оказать серьезное влияние на все, от разработки новых фармацевтических препаратов до новых материалов. Исследователи из Университета Чалмерса впервые в Швеции использовали квантовый компьютер для проведения расчетов в реальных условиях химии. «Теоретически квантовые компьютеры можно использовать для обработки случаев, когда электроны и атомные ядра движутся более сложным образом. Если мы научимся использовать весь их потенциал, мы сможем расширить границы того, что можно вычислить и понять», — говорит Мартин Рам, адъюнкт-профессор теоретической химии факультета химии и химической инженерии, руководивший исследованием.
|
|
|
|
В области квантовой химии законы квантовой механики используются, чтобы понять, какие химические реакции возможны, какие структуры и материалы могут быть разработаны и какими характеристиками они обладают. Такие исследования обычно проводятся с помощью суперкомпьютеров, построенных на основе обычных логических схем. Однако существует предел, с которым могут справиться обычные компьютеры. Поскольку законы квантовой механики описывают поведение природы на субатомном уровне, многие исследователи считают, что квантовый компьютер должен быть лучше оснащен для выполнения молекулярных расчетов, чем обычный компьютер. «Большинство вещей в этом мире по своей природе химические. Например, наши энергоносители, как в биологии, так и в старых или новых автомобилях, состоят из электронов и атомных ядер, по-разному расположенных в молекулах и материалах. решить в области квантовой химии, чтобы вычислить, какие из этих механизмов являются более вероятными или выгодными, наряду с их характеристиками», — говорит Мартин Рам.
|
|
|
Еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем квантовые компьютеры смогут достичь того, к чему стремятся исследователи. Эта область исследований еще молода, и выполняемые небольшие модельные расчеты осложняются шумом из окружения квантового компьютера. Однако теперь Мартин Рам и его коллеги нашли метод, который они считают важным шагом вперед. Этот метод называется «Уменьшение ошибок эталонного состояния» (REM) и работает путем исправления ошибок, возникающих из-за шума, с использованием вычислений как квантового компьютера, так и обычного компьютера. «Исследование является доказательством концепции того, что наш метод может улучшить качество квантово-химических расчетов. Это полезный инструмент, который мы будем использовать для улучшения наших расчетов на квантовых компьютерах в будущем», — говорит Мартин Рам. Статья «Уменьшение ошибки эталонного состояния: стратегия высокоточных квантовых вычислений в химии» опубликована в Journal of Chemical Theory and Computation.
|
|
|
|
Принцип метода заключается в том, чтобы сначала рассмотреть эталонное состояние, описав и решив одну и ту же проблему как на обычном, так и на квантовом компьютере. Это эталонное состояние представляет собой более простое описание молекулы, чем исходная задача, которую должен был решить квантовый компьютер. Обычный компьютер может быстро решить эту более простую версию задачи. Сравнивая результаты обоих компьютеров, можно точно оценить величину ошибки, вызванной шумом. Затем разницу между решениями двух компьютеров для эталонной задачи можно использовать для исправления решения исходной, более сложной задачи, когда она выполняется на квантовом процессоре. Объединив этот новый метод с данными квантового компьютера Чалмерса Sarimner, исследователям удалось рассчитать внутреннюю энергию небольших молекул, таких как водород и гидрид лития. Эквивалентные расчеты можно выполнить быстрее на обычном компьютере, но новый метод представляет собой важное достижение и является первой демонстрацией квантово-химических расчетов на квантовом компьютере в Швеции.
|
|
|
|
«Мы видим хорошие возможности для дальнейшего развития метода, позволяющего рассчитывать более крупные и сложные молекулы, когда будет готово следующее поколение квантовых компьютеров», — говорит Мартин Рам. Исследование проводилось в тесном сотрудничестве с коллегами из отдела микротехнологий и нанонауки. Они построили квантовые компьютеры, которые используются в исследовании, и помогли выполнить точные измерения, необходимые для химических расчетов. «Только используя настоящие квантовые алгоритмы, мы можем понять, как на самом деле работает наше оборудование и как мы можем его улучшить. Химические расчеты — одна из первых областей, в которых мы считаем, что квантовые компьютеры будут полезны, поэтому наше сотрудничество с группой Мартина Рама особенно ценно», — говорит Йонас Байландер, доцент кафедры квантовых технологий кафедры микротехнологий и нанонауки.
|
|
|
|
Источник
|
