IBM har brugt sin kvantecomputer til at simulere et molekyle - her er hvorfor det er store nyheder

Kategori: Computing Udsendt 13. sep

Vi er lige kommet lidt tættere på at bygge en computer, der kan forstyrre en stor del af kemiverdenen og mange andre områder udover. Et team af forskere hos IBM har med succes brugt deres kvantecomputer, IBM Q, til præcist at simulere den molekylære struktur af berylliumhydrid (BeH2). Det er det mest komplekse molekyle, der nogensinde har fået den fulde kvantesimuleringsbehandling.

Molekylær simulering handler om at finde en forbindelses grundtilstand - dens mest stabile konfiguration. Lyder nemt nok, især for et lille gammelt tre-atom molekyle som BeH2. Men for at virkelig kender et molekyles grundtilstand, skal du simulere, hvordan hver elektron i hvert atom vil interagere med alle de andre atomers kerner, inklusive de mærkelige kvanteeffekter, der opstår på så små skalaer. Dette er et problem, der bliver eksponentielt sværere, når størrelsen af ​​molekylet øges.

Mens nutidens supercomputere kan simulere BeH2 og andre simple molekyler, bliver de hurtigt overvældet, og kemiske modelbyggere - som forsøger at finde på nye forbindelser til ting som bedre batterier og livreddende medicin - er tvunget til at anslå, hvordan et ukendt molekyle kan opføre sig, så test det i den virkelige verden for at se, om det virker som forventet.

Løftet om kvanteberegning er at forenkle denne proces i høj grad ved nøjagtigt at forudsige strukturen af ​​et nyt molekyle, og hvordan det vil interagere med andre forbindelser. I værk offentliggjort i dag i Natur (paywall) - og også tilgængelig på Arxiv (PDF) – IBM-teamet har vist, at de kan bruge en ny algoritme til at beregne grundtilstanden for BeH2 på deres syv-qubit-chip.

På nogle måder er det et lille fremskridt. Men det er et vigtigt skridt på vejen mod stadig større kompleksitet i molekylær simulering ved hjælp af kvantecomputere, som i sidste ende vil føre til kommercielt vigtige gennembrud.

Selv nu, som forskerholdet bemærker deres blogindlæg om arbejdet , tilbyder IBM adgang til en 16-qubit kvantecomputer som en gratis cloud-tjeneste. Jo flere qubits en chip har - det vil sige kvantebits, der kan bruges til at kode data i flere tilstande på én gang - jo større kompleksitet af beregninger burde den være i stand til at håndtere. I hvert fald i teorien. Som vi påpegede, da vi gjorde praktiske kvantecomputere til en af ​​vores banebrydende teknologier i 2017, er en af ​​de store udfordringer ved at designe kvantecomputere at sørge for, at qubits forbliver i deres delikate kvantetilstand længe nok til at udføre beregninger. Jo flere qubits en chip har, jo sværere har det dog været for forskere at gøre.

Alligevel nærmer den dag, hvor kvantecomputere overgår klassiske maskiner - et vendepunkt kendt som kvanteoverherredømme - sig hastigt. Nogle iagttagere mener, at en chip med 50 qubits ville være nok til at nå dertil. Og selvom kemiverdenen har stor gavn af sådanne fremskridt, er det ikke det eneste felt. Kvantecomputere forventes at være superstjerner til enhver form for optimeringsproblem, hvilket skulle hjælpe med at fremdrive store fremskridt inden for alt fra kunstig intelligens til, hvordan virksomheder leverer pakker til kunder.