Komputer kwantowy Google'a przeprowadził właśnie najbardziej zaawansowaną symulację chemiczną w historii
Pośród wielu potencjalnych zastosowań komputerów kwantowych, jedną z bardziej ekscytujących jest możliwość symulowania procesów chemicznych na niespotykanym dotąd poziomie. Google właśnie pokazał, jaka przyszłość może czekać pracę chemików gdy już komputery kwantowe zejdą pod strzechę.
Wraz z zespołem współpracowników, grupa Google AI Quantum wykorzystała 54-kubitowy procesor kwantowy Sycamore do przeprowadzenia symulacji zmian w konfiguracji cząsteczki diazenu.
Symulacja zmian konfiguracji atomów wodoru w diazenie
W świecie chemii jest to jedna z najprostszych rekacji chemicznych. Diazen składa się jedynie z dwóch atomów azotu związanych wiązaniem podwójnym. Do każdego z nich przyczepiony jest atom wodoru.
Komputery kwantowe precyzyjnie opisują zmiany położenia atomów wodoru w celu formowania innych izomerów diazenu. Badacze wykorzystali Sycamore do dokładnego opisania energii wiązania wodoru w coraz większych łańcuchach.
Reakcje chemiczne tutaj nie pomogą
Choć na pierwszy rzut oka oba modele wydają się proste, w ich wnętrzu jednak wiele się dzieje. Można tutaj całkowicie zapomnieć o reakcjach chemicznych, które pamiętamy z podręczników szkolnych – na poziomie mechaniki kwantowej, chemia jest skomplikowaną mieszaniną możliwości. To trochę tak, jakby porównywać wiedzę o tym, że kasyno zawsze na końcu wygrywa z przewidywaniami wyników pojedynczych rozgrywek. Ograniczenie klasycznych komputerów do przewidywalnych zasad sprawia, że zdolność przedstawienia nieskończonych kombinacji rzutów kostką w fizyce kwantowej, jest dla nich zdecydowanie za trudna.
Komputer kwantowy niczym prawdziwa przyroda
Komputery kwantowe z kolei, działają na tych samych zasadach kwantowego prawdopodobieństwa, jakie rządzą procesami chemicznymi zachodzącymi na fundamentalnym poziomie.
Logiczne jednostki, tzw. kubity, istnieją w stanie „albo/albo”. Kiedy zwiążemy je ze stanami „być może” innych kubitów w układzie, inżynierowie otrzymują unikalną okazję do przeprowadzenia obliczeń.
Algorytmy specjalnie stworzone do wykorzystania tych zasad mechaniki kwantowej pozwalają na skróty, które sprawiają, że komputer kwantowy może w kilka minut wykonać obliczenia, na które komputer klasyczny potrzebowałby tysięcy lat.
Najważniejszy cel: skrócić obliczenia
Samo obliczanie sumy działań, które determinują energię w cząsteczce propanu superkomputerowi hipotetycznie może zająć ponad tydzień, a przecież jest ogromna różnica między obliczeniem jednostkowego stanu energii w cząsteczce a obliczeniem wszystkich sposobów na jakie może się on zmienić.
Do symulacji diazenu wykorzystano 12 z 54 kubitów procesora Sycamore, który wykonywał obliczenia. Już to była dwa razy większa symulacja chemiczna od jakiejkolwiek wykonanej wcześniej.
Badacze przesunęli także granice algorytmu zaprojektowanego do połączenia procesów kwantowych z klasycznymi, który miał eliminować błędy, nadzwyczaj łatwo pojawiające się w domenie obliczeń kwantowych.
To wciąż dopiero początek
Wiele wskazuje na to, że badacze będą w stanie wykonywać coraz bardziej skomplikowane symulacje chemiczne w przyszłość. W ten sposób będzie można wytwarzać trwalsze materiały, produkować bardziej skuteczne leki, a nawet odkrywać kolejne sekrety skrywane w kwantowej warstwie wszechświata.
Przemieszczające się atomy wodoru w diazenie to dopiero wstęp do symulacji, jakie wkrótce będziemy w stanie wykonywać za pomocą komputerów kwantowych.
Nie przegap nowych tekstów. Obserwuj Spider's Web w Google News.
