據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日報道，谷歌公司研究人員首次借助量子計算機(jī)，成功模擬了一個化學(xué)反應(yīng)!他們表示，盡管這一反應(yīng)很簡單，但卻是量子計算機(jī)走向?qū)嵱没闹匾徊?。未來有一日，科學(xué)家或許可借助量子模擬來研發(fā)新化學(xué)物質(zhì)。相關(guān)研究發(fā)表于最新一期《科學(xué)》雜志。
研究人員解釋說，由于原子和分子是受量子力學(xué)控制的系統(tǒng)，因此量子計算機(jī)有望成為精確模擬它們的最佳工具。量子計算機(jī)使用量子比特存儲信息并執(zhí)行計算，但一直很難達(dá)到模擬大原子或化學(xué)反應(yīng)所需的精度。
在最新研究中，谷歌團(tuán)隊使用該公司的Sycamore處理器首次對一個化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了準(zhǔn)確的量子模擬：他們模擬了由兩個氮原子和兩個氫原子組成二氮烯分子的異構(gòu)化反應(yīng)。這一量子模擬與研究人員在傳統(tǒng)計算機(jī)上進(jìn)行的模擬吻合，證實了他們的研究。
論文通訊作者瑞恩·巴布希說，盡管這種反應(yīng)可能相對基礎(chǔ)，不需要“大材小用”——用量子計算機(jī)進(jìn)行模擬，但這項研究證實了目前的量子算法可以達(dá)到實驗預(yù)測所需的精度，是量子計算向前邁出的一大步。
他還表示，將這一算法進(jìn)行擴(kuò)展可以模擬更復(fù)雜的反應(yīng)——只需要更多量子比特并稍作調(diào)整即可。終有一天，我們甚至可以使用量子模擬來研發(fā)新化學(xué)物質(zhì)。
這并非Sycamore的“首秀”。2019年10月，研究團(tuán)隊在《自然》雜志撰文稱，Sycamore在200秒內(nèi)完成了目前世界上最快的超級計算機(jī)需1萬年才能完成的計算，實現(xiàn)了量子霸權(quán)(quantum supremacy)。
“量子霸權(quán)”是美國加州理工學(xué)院物理學(xué)家約翰·普瑞斯基爾發(fā)明的名詞，用來表示“在存儲和通信帶寬呈指數(shù)級增加后，量子計算機(jī)擁有傳統(tǒng)超級計算機(jī)所不具有的能力”，比如在化學(xué)和材料學(xué)里模擬分子的結(jié)構(gòu)，處理密碼學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)方面的一些問題等。
總編輯圈點
Sycamore可謂大名鼎鼎，最近幾年，它在量子計算領(lǐng)域已經(jīng)“搞”出了好幾則大新聞。去年，它實現(xiàn)了53個量子比特的糾纏，今年，它模擬了幾個簡單的化學(xué)分子。在發(fā)生的反應(yīng)中，氫原子進(jìn)入圍繞氮原子的不同能級中。這一用量子模擬得到的結(jié)果，與在傳統(tǒng)計算機(jī)上的模擬結(jié)果一致。雖然這種化學(xué)反應(yīng)相對基礎(chǔ)，但它也已經(jīng)是迄今為止用量子計算機(jī)做的規(guī)模最大的化學(xué)模擬了。模擬更大分子的反應(yīng)，需要更多的量子比特。但只要有了開局，后面的一切就能水到渠成。(劉霞)
關(guān)鍵詞： 量子計算機(jī) 模擬化學(xué)反應(yīng)
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