В Google провели первую квантовую симуляцию химической реакции

При помощи 12 кубитов квантового процессора исследователям удалось симулировать изомеризацию диазена.

Команда инженеров из Google AI Quantum сообщила о первой успешной квантовой симуляции химической реакции. Это удалось сделать при помощи 54-кубитного квантового процессора Sycamore. Статья об эксперименте опубликована в Science.

Квантовая химия считается одной из самых перспективных областей применения квантовых вычислений. Наибольших успехов в этой области добились специалисты из IBM и Google. Ранее при помощи процессоров, состоящих из нескольких кубитов, уже удавалось рассчитать структуру не очень сложных молекул (например, гидрида бериллия BeH2).

Для моделирования реакции авторы работы взяли один из самых простых известных химических процессов — изомеризацию диазена, вещества с химической формулой N2H2. Такая реакция может выглядеть достаточно просто с точки зрения «классической» науки, но на квантовом уровне происходит целый комплекс труднопрогнозируемых вещей.

Sycamore отлично справился с задачей подобного моделирования, точно описав изменения положения атомов водорода в молекуле при образовании различных изомеров диазена. Для расчетов использовали лишь 12 из 54 кубитов процессора Sycamore — но это уже вдвое больше, чем при предыдущих попытках моделирования квантово-химических процессов.

Также при расчетах был использован гибридный алгоритм VQE (variational quantum eigensolver, «вариационный квантовый метод поиска собственных значений»). Его суть заключается в поиске минимума величины, которую можно рассчитать при помощи квантового компьютера — например, энергии молекул и отдельных атомов. Подобный алгоритм позволяет за считаные минуты проводить вычисления, на которые обычному суперкомпьютеру может потребоваться далеко не один год.

Применение такого алгоритма на квантовых кубитах открывает широкие возможности в самых разных областях науки и технологии. Так можно отбирать высокопрочные материалы или рассчитывать потенциальную эффективность фармпрепаратов.

Ранее мы писали об открытии «квантовой отрицательности», поможет в разработке сверхточных измерительных приборов, а также о странном поведении частиц позитрония, которое физики не сумели объяснить.