IBM har brukt kvantedatamaskinen sin til å simulere et molekyl – her er hvorfor det er store nyheter

Kategori: Databehandling Lagt ut 13. sep

Vi har akkurat kommet litt nærmere å bygge en datamaskin som kan forstyrre en stor del av kjemiverdenen, og mange andre felt i tillegg. Et team av forskere ved IBM har med suksess brukt kvantedatamaskinen sin, IBM Q, for å nøyaktig simulere molekylstrukturen til berylliumhydrid (BeH2). Det er det mest komplekse molekylet som noen gang har fått full kvantesimuleringsbehandling.

Molekylær simulering handler om å finne en forbindelses grunntilstand - dens mest stabile konfigurasjon. Høres lett nok ut, spesielt for et lite gammelt treatomsmolekyl som BeH2. Men for å egentlig kjenne et molekyls grunntilstand, må du simulere hvordan hvert elektron i hvert atom vil samhandle med alle de andre atomets kjerner, inkludert de merkelige kvanteeffektene som oppstår på så små skalaer. Dette er et problem som blir eksponentielt vanskeligere ettersom størrelsen på molekylet øker.

Mens dagens superdatamaskiner kan simulere BeH2 og andre enkle molekyler, blir de raskt overveldet og kjemiske modellerere – som prøver å komme opp med nye forbindelser for ting som bedre batterier og livreddende medisiner – blir tvunget til å anslå hvordan et ukjent molekyl kan oppføre seg, da test den i den virkelige verden for å se om den fungerer som forventet.

Løftet til kvanteberegning er å forenkle den prosessen betydelig ved nøyaktig å forutsi strukturen til et nytt molekyl, og hvordan det vil samhandle med andre forbindelser. I arbeid publisert i dag i Natur (betalingsmur) – og også tilgjengelig på Arxiv (PDF) – IBM-teamet har vist at de kan bruke en ny algoritme for å beregne grunntilstanden til BeH2 på deres syv-qubit-brikke.

På noen måter er det et lite fremskritt. Men det er et viktig skritt på veien til stadig større kompleksitet i molekylær simulering ved bruk av kvantedatamaskiner som til slutt vil føre til kommersielt viktige gjennombrudd.

Selv nå, som forskerteamet bemerker deres blogginnlegg om arbeidet , tilbyr IBM tilgang til en 16-qubit kvantedatamaskin som en gratis skytjeneste. Jo flere qubits en brikke har – det vil si kvantebiter som kan brukes til å kode data i flere tilstander samtidig – jo større kompleksitet av beregninger bør den være i stand til å håndtere. I hvert fall i teorien. Som vi påpekte da vi gjorde praktiske kvantedatamaskiner til en av våre banebrytende teknologier fra 2017, er en av de store utfordringene med å designe kvantedatamaskiner å sørge for at qubits forblir i sin delikate kvantetilstand lenge nok til å utføre beregninger. Jo flere qubits en brikke har, jo vanskeligere har det vært for forskere å gjøre.

Likevel, dagen da kvantedatamaskiner overgår klassiske maskiner – et vendepunkt kjent som kvanteoverlegenhet – nærmer seg raskt. Noen observatører tror en brikke med 50 qubits ville være nok til å komme dit. Og selv om kjemiverdenen har stor nytte av slike fremskritt, er det ikke det eneste feltet. Kvantedatamaskiner forventes å være superstjerner i enhver form for optimaliseringsproblem, noe som bør bidra til store fremskritt innen alt fra kunstig intelligens til hvordan selskaper leverer pakker til kunder.