Команда інженерів google ai quantum повідомила про першу успішну квантову симуляцію хімічної реакції. Це вдалося зробити за допомогою 54-кубітного квантового процесора sycamore. Стаття про експеримент опублікована в science.
Квантова хімія вважається однією з найперспективніших областей застосування квантових обчислень. Найбільших успіхів у цій галузі домоглися фахівці з ibm і google. Раніше за допомогою процесорів, що складаються з декількох кубітів, вже вдавалося розрахувати структуру не дуже складних молекул (наприклад, гідриду берилію beh2).
Для моделювання реакції автори роботи взяли один з найпростіших відомих хімічних процесів — ізомеризацію діазену, речовини з хімічною формулою n2h2. Така реакція може виглядати досить просто з точки зору “класичної” науки, але на квантовому рівні відбувається цілий комплекс важкопрогнозованих речей.
Sycamore відмінно впорався із завданням подібного моделювання, точно описавши зміни положення атомів водню в молекулі при утворенні різних ізомерів діазена. Для розрахунків використовували лише 12 з 54 кубітів процесора sycamore — але це вже вдвічі більше, ніж при попередніх спробах моделювання квантово-хімічних процесів.
Також при розрахунках був використаний гібридний алгоритм vqe (variational quantum eigensolver, “варіаційний квантовий метод пошуку власних значень”). Його суть полягає в пошуку мінімуму величини, яку можна розрахувати за допомогою квантового комп’ютера — наприклад, енергії молекул і окремих атомів. Подібний алгоритм дозволяє за лічені хвилини проводити обчислення, на які звичайному суперкомп’ютеру може знадобитися далеко не один рік.
Застосування такого алгоритму на квантових кубітах відкриває широкі можливості в самих різних областях науки і технології. Так можна відбирати високоміцні матеріали або розраховувати потенційну ефективність фармпрепаратів.