量子計(jì)算機(jī)首次成功模擬化學(xué)反應(yīng) 向?qū)嵱没~出重要一步
- 科技日?qǐng)?bào)
- 2020-09-01 14:27:17
據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道,谷歌公司研究人員首次借助量子計(jì)算機(jī),成功模擬了一個(gè)化學(xué)反應(yīng)!他們表示,盡管這一反應(yīng)很簡(jiǎn)單,但卻是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没闹匾徊健N磥?lái)有一日,科學(xué)家或許可借助量子模擬來(lái)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(shuō),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(jì)算機(jī)有望成為精確模擬它們的最佳工具。量子計(jì)算機(jī)使用量子比特存儲(chǔ)信息并執(zhí)行計(jì)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(duì)使用該公司的Sycamore處理器首次對(duì)一個(gè)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(gè)氮原子和兩個(gè)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(jì)算機(jī)上進(jìn)行的模擬吻合,證實(shí)了他們的研究。
論文通訊作者瑞恩·巴布希說(shuō),盡管這種反應(yīng)可能相對(duì)基礎(chǔ),不需要“大材小用”——用量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬,但這項(xiàng)研究證實(shí)了目前的量子算法可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)所需的精度,是量子計(jì)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(lái)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(duì)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(jí)計(jì)算機(jī)需1萬(wàn)年才能完成的計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了量子霸權(quán)(quantum supremacy)。
“量子霸權(quán)”是美國(guó)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(lái)表示“在存儲(chǔ)和通信帶寬呈指數(shù)級(jí)增加后,量子計(jì)算機(jī)擁有傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)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(wèn)題等。
總編輯圈點(diǎn)
Sycamore可謂大名鼎鼎,最近幾年,它在量子計(jì)算領(lǐng)域已經(jīng)“搞”出了好幾則大新聞。去年,它實(shí)現(xiàn)了53個(gè)量子比特的糾纏,今年,它模擬了幾個(gè)簡(jiǎn)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(jí)中。這一用量子模擬得到的結(jié)果,與在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的模擬結(jié)果一致。雖然這種化學(xué)反應(yīng)相對(duì)基礎(chǔ),但它也已經(jīng)是迄今為止用量子計(jì)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(kāi)局,后面的一切就能水到渠成。
關(guān)鍵詞: 量子計(jì)算機(jī)
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