Google проводит крупнейшее химическое моделирование на квантовом компьютере
Развитие способности предсказывать химические процессы путем их моделирования на компьютере было бы огромной пользой для химиков - в настоящее время они делают большую часть этого методом проб и ошибок.
Исследователи из команды Google AI Quantum провели крупнейшее химическое моделирование на квантовом компьютере на сегодняшний день.
В своей статье, опубликованной в журнале Science, группа описывает свою работу и объясняет, почему они считают ее шагом вперед в квантовых вычислениях. Сяо Юань из Стэнфордского университета написал статью о перспективах, описывающую потенциальные преимущества использования квантового компьютера для проведения химического моделирования, а также работу команды AI Quantum, опубликованную в том же номере журнала.
Развитие способности предсказывать химические процессы путем их моделирования на компьютере было бы огромной пользой для химиков — в настоящее время они делают большую часть этого методом проб и ошибок.
Прогнозирование откроет дверь для разработки широкого спектра новых материалов с еще неизвестными свойствами. К сожалению, в современных компьютерах отсутствует экспоненциальное масштабирование, которое требовалось бы для такой работы. Из-за этого химики надеются, что однажды квантовые компьютеры возьмут на себя эту роль.
Современные технологии квантовых компьютеров, конечно, еще не готовы к решению такой задачи, но ученые-компьютерщики надеются решить их в ближайшем будущем. Тем временем крупные компании, такие как Google, инвестируют в исследования, направленные на использование квантовых компьютеров.
В новой работе команда AI Quantum сосредоточила свои усилия на моделировании простого химического процесса — приближения Хартри-Фока* реальной химической системы — в данном конкретном случае молекулы диазена вступают в реакцию с атомами водорода, что приводит к изменению конфигурация.
Выяснить, как запрограммировать квантовую систему Sycamore от Google, было несложно — сложнее всего было выяснить, как обеспечить точность результатов — квантовые компьютеры, как известно, склонны к ошибкам.
Валидация была настоящим достижением команды AI Quantum. Они сделали это, соединив квантовую систему с классическим компьютером. Он использовался для анализа результатов, полученных с помощью машины Sycamore, а затем для получения новых параметров.
Этот процесс повторялся до тех пор, пока квантовый компьютер не достиг минимального значения. Команда также использовала две другие системы проверки, обе ориентированы на вычисление результатов для выявления и исправления ошибок.
*Метод Хартри-Фока — в квантовой механике приближённый метод решения уравнения Шрёдингера путём сведения многочастичной задачи к одночастичной в предположении, что каждая частица двигается в некотором усреднённом самосогласованном поле, создаваемом всеми остальными частицами системы.
Hartree-Fock on a superconducting qubit quantum computer, Science 28 Aug 2020: Vol. 369, Issue 6507, pp. 1084-1089, DOI: 10.1126/science.abb9811 , science.sciencemag.org/content/369/6507/1084