2022年5月18日

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Google宣布量子计算机重大突破

 

美国新闻网8月30日综合,量子计算发现了新大陆!8月27日,Google量子计算研究团队宣布其使用量子计算机对化学反应路径进行建模取得了突破性进展,这是迄今为止首次,也是最大规模的化学量子计算。研究报告发表在《科学》期刊上。原子和分子都受控于量子机制,要精确模拟其化学反应最佳的方法被认为是使用量子计算机。

去年 Google 透露了可编程量子处理器 Sycamore。最新的研究就是利用了 Sycamore 去模拟两个氮原子和两个氢原子组成的二氮烯分子。量子模拟与经典计算机上的模拟一致。

Google 的 Ryan Babbush 说我们正从完全不同的尺度去进行化学的量子计算。他表示未来可以使用量子模拟开发新的化合物。    

其发表的题为《超导量子比特量子计算机的 Hartree-Fock 近似模拟》(Hartree-Fock on a Superconducting Qubit Quantum Computer)的成果论文,当天便登上了《自然》杂志封面。

值得一提的是,这已经是谷歌第二次因量子研究登上《自然》杂志封面了。

第一次是在去年10月,谷歌重磅发布量子优越性研究成果。在这篇的论文中,谷歌用54个量子比特的数组达到了量子优越性,并在200秒内完成了规定操作,与此相同的运算在当时世界最大的超算summit上也需要10000年才能完成。

可以说,此项研究在量子计算的历史上将具有划时代的意义。

而在这项研究中发挥关键作用的Sycamore 处理器,也正是本次化学实验中量子计算机所使用的处理器。

Sycamore 处理器

之所以采用量子计算机模拟,是由于原子和分子受量子力学系统控制,可以通过量子位来存储信息并执行计算,因此有望成为精确模拟的最佳方法。

具体而言,研究人员使用了噪声鲁棒的变分量子特征求解算法VQE(variational quantum eigensolver)直接模拟了化学机制。

在反应中,两个氮原子和两个氢原子组成了二氮烯分子。其过程是,氢原子在氮原子周围不断移动形成了不同的结构。经过检测发现,量子模拟与传统计算机上执行的模拟结果基本吻合,由此可以确定量子模拟的有效性。

除此之外,整个Hartree-Fock运算方程近似于一个真实化学系统,它是量子计算机上传统化学计算的两倍,并且包含了十倍的量子门操作。

虽然氮氢反应是较为基础的化学反应,甚至不需要配备量子计算机来模拟就可以轻松得出结果,但研究人员Babbush介绍,此项研究验证了当前量子计算机开发的算法可以达到实验预测所需的精度,开拓了一条通往量子化学系统逼真的模拟路径。

接下来,他们会将量子模拟的算法扩大到更复杂更大分子的化学反应中,而这会非常容易,只需要更多的量子位和较小的算法调整即可。他强调称,

未来我们甚至可以使用量子模拟来开发新的化学物质。

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