IBM har använt sin kvantdator för att simulera en molekyl - här är varför det är stora nyheter

Kategori: Datoranvändning Postad 13 sep

Vi har precis kommit lite närmare att bygga en dator som kan störa en stor del av kemivärlden och många andra områden. Ett team av forskare vid IBM har framgångsrikt använt sin kvantdator, IBM Q, för att exakt simulera molekylstrukturen hos berylliumhydrid (BeH2). Det är den mest komplexa molekylen som någonsin fått full kvantsimuleringsbehandling.

Molekylär simulering handlar om att hitta en förenings grundtillstånd - dess mest stabila konfiguration. Låter lätt nog, speciellt för en lite gammal treatomsmolekyl som BeH2. Men för att verkligen känner till en molekyls grundtillstånd, måste du simulera hur varje elektron i varje atom kommer att interagera med alla andra atomers kärnor, inklusive de konstiga kvanteffekter som uppstår i så små skalor. Detta är ett problem som blir exponentiellt svårare när storleken på molekylen ökar.

Medan dagens superdatorer kan simulera BeH2 och andra enkla molekyler, blir de snabbt överväldigade och kemiska modellerare – som försöker komma på nya föreningar för saker som bättre batterier och livräddande droger – tvingas uppskatta hur en okänd molekyl kan bete sig. testa den i den verkliga världen för att se om den fungerar som förväntat.

Löftet med kvantberäkning är att avsevärt förenkla den processen genom att exakt förutsäga strukturen hos en ny molekyl och hur den kommer att interagera med andra föreningar. I arbete publicerat idag i Natur (betalvägg) – och även tillgänglig på Arxiv (PDF) – IBM-teamet har visat att de kan använda en ny algoritm för att beräkna grundtillståndet för BeH2 på sitt sju-qubit-chip.

På vissa sätt är det ett litet framsteg. Men det är ett viktigt steg på vägen mot allt större komplexitet i molekylär simulering med hjälp av kvantdatorer som i slutändan kommer att leda till kommersiellt viktiga genombrott.

Även nu, som forskargruppen noterar deras blogginlägg om arbetet , erbjuder IBM tillgång till en 16-qubit kvantdator som en gratis molntjänst. Ju fler kvantbitar ett chip har – det vill säga kvantbitar som kan användas för att koda data i flera tillstånd samtidigt – desto större komplexitet i beräkningar bör det kunna hantera. Åtminstone i teorin. Som vi påpekade när vi gjorde praktiska kvantdatorer till en av våra genombrottsteknologier 2017, är en av de stora utmaningarna med att designa kvantdatorer att se till att qubits förblir i sitt känsliga kvanttillstånd tillräckligt länge för att utföra beräkningar. Ju fler qubits ett chip har, desto svårare har det varit för forskare att göra.

Ändå närmar sig dagen då kvantdatorer överträffar klassiska maskiner – en böjningspunkt känd som kvantöverlägsenhet – snabbt. Vissa observatörer tror att ett chip med 50 qubits skulle vara tillräckligt för att komma dit. Och även om kemivärlden kommer att dra oerhört mycket nytta av sådana framsteg, är det inte det enda området. Kvantdatorer förväntas bli superstjärnor i alla typer av optimeringsproblem, vilket borde hjälpa till att driva fram stora framsteg inom allt från artificiell intelligens till hur företag levererar paket till kunder.