谷歌量子计算里程碑式突破:首次成功模拟化学过程

在我们对量子技术的众多预期中,最令人兴奋的一项就是以前所未有的水平上模拟化学过程。现在,我们完成了对化学反应的第一次成功模拟。

Google AI Quantum与合作者团队使用了54量子位的量子处理器Sycamore,模拟被称为重氮化合物的分子构型的变化。

就化学而言,这是我们所知道的最简单的反应之一。二氮烯是一对双键连接的氮原子,每个氮原子上再接一个氢原子。

然而,量子计算机准确地描述了氢位置的变化以形成不同的重氮异构体。研究团队还使用他们的系统准确刻画了越来越大的链中氢的结合能。

尽管这两个模型听起来很简单,但意义非凡。在量子力学的层面上,化学是多种可能性的复杂组合。

受限于经典计算机的算力,考虑反应中的量子物理学本质上所具有无限的组合,实在太过困难。

另一方面,量子计算机是基于相同的量子概率原理构建的,而正是这些原理控制着化学反应。

称为量子位的逻辑单元以“或/和”的模糊状态存在。当与系统中其他量子位结合使用时,它为计算机工程师提供了一种独特的计算方法。

为充分利用这些量子力学特性而专门制定的算法可提供捷径,把传统超级计算机要花数千年的时间才能完成的任务,缩短到几分钟。

实际上,为了验证量子处理器Sycamore对二氮烯的模拟结果,谷歌的工程师又利用超级计算机重新计算了一遍,而运算效率差异显著。

模拟二氮烯,Sycamore处理器使用了54个量子位中的12个。

该团队还突破了将经典与量子过程结合起来的算法的极限。

所有这些都令人倍感振奋,向我们许诺一个更加美好的未来:量子计算帮助我们设计更坚固的材料,筛选出更有效的药物,甚至揭示出宇宙量子骰子的更多秘密。

在量子处理器上为二氮烯建模仅仅是一个开始。

这项研究发表在《科学》上。

原文:https://www.sciencealert.com/google-claims-the-first-ever-simulation-of-a-chemical-reaction-using-a-quantum-computer

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