(Erik Lucero, Forschungswissenschaftler und Leiter der Produktion von Quantenhardware) Von den vielen hohe Erwartungen Was wir an Quantentechnologie haben, ist eine der aufregendsten Möglichkeiten, Chemie auf einem noch nie dagewesenen Niveau zu simulieren. Jetzt haben wir einen ersten Blick darauf, wie das aussehen könnte.
Zusammen mit einem Team von Mitarbeitern hat die Google AI Quantum Das Team hat seinen 54-Qubit-Quantenprozessor verwendet. Bergahorn , um Änderungen in der Konfiguration eines Moleküls zu simulieren du sagst .
Was chemische Reaktionen betrifft, handelt es sich um eine der einfachsten, die wir kennen. Diazen besteht aus kaum mehr als ein paar Stickstoffatomen, die durch eine Doppelbindung verbunden sind und jeweils ein Wasserstoffatom an sich binden.
Allerdings ist die so viel wie ein Computer genau beschriebene Änderungen in den Positionen von Wasserstoff zur Bildung verschiedener Diazen-Isomere. Das Team nutzte sein System auch, um zu einer genauen Beschreibung der Bindungsenergie von Wasserstoff in immer größeren Ketten zu gelangen.
So geradlinig diese beiden Modelle auch klingen mögen, unter der Haube passiert einiges. Vergessen Sie die formelhaften chemischen Reaktionen aus Ihren Schulbüchern – auf der Ebene der Quantenmechanik ist Chemie eine komplizierte Mischung von Möglichkeiten.
In gewisser Weise ist es der Unterschied zwischen der Gewissheit, dass ein Casino immer einen Gewinn erzielen wird, und der Vorhersage der Ergebnisse der einzelnen dort gespielten Spiele. Beschränkt auf die vorhersehbaren Regeln klassischer Computer war es einfach zu schwierig, die unendlichen Kombinationen von Würfelwürfen und Royal Flushes der Quantenphysik darzustellen.
Quantencomputer Andererseits basieren sie auf denselben Prinzipien der Quantenwahrscheinlichkeit, die die Chemie auf grundlegender Ebene bestimmen.
Logische Einheiten, sogenannte Qubits, existieren in einem unscharfen Zustand von „entweder/oder“. In Kombination mit den „Vielleicht“-Zuständen anderer Qubits in einem System bietet es Computeringenieuren eine einzigartige Möglichkeit, Berechnungen durchzuführen.
Algorithmen, die speziell für die Nutzung dieser Quantenmechanik entwickelt wurden, ermöglichen Abkürzungen, Reduzierung auf Minuten das, wofür ein klassischer Supercomputer Tausende von Jahren des Schleifens benötigen würde.
Wenn wir hoffen wollen, die Chemie auf Quantenebene zu modellieren, brauchen wir diese Art von Leistung, und zwar einige davon.
Allein die Summe der Aktionen zu berechnen, die die Energie in einem Propanmolekül bestimmen, würde einen Supercomputer hypothetisch mehr als eine Woche dauern. Aber zwischen einer Momentaufnahme der Energie eines Moleküls und der Berechnung aller möglichen Veränderungen liegt ein himmelweiter Unterschied.
Die Diazen-Simulation nutzte für ihre Berechnungen 12 der 54 Qubits im Sycamore-Prozessor. Dies war an sich immer noch doppelt so groß wie alle früheren Versuche einer Chemiesimulation.
Das Team hat auch die Grenzen eines Algorithmus erweitert, der klassische Prozesse mit Quantenprozessen verbinden soll und der die Fehler ausbügeln soll, die in der heiklen Welt von nur allzu leicht auftreten Quanten-Computing .
Dies alles führt zu Möglichkeiten für immer umfangreichere Simulationen in der Zukunft, die uns dabei helfen, robustere Materialien zu entwickeln, wirksamere Pharmazeutika auszusieben und sogar mehr Geheimnisse des Quantencasinos unseres Universums zu entschlüsseln.
Die wandernden Wasserstoffe von Diazen sind nur der Anfang der Art von Chemie, die wir möglicherweise bald in einer Quantenlandschaft modellieren können.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaft .