Kvantový počítač v laboratořích Google. Kredit: Google AI Quantum / James Crawford.

Specialisté společnosti Google si připsali významný úspěch ve vývoji kvantových výpočtů. Poprvé použili kvantový počítač k simulaci chemické reakce. Šlo sice jenom o jednoduchou chemickou reakci, ale i tak to je významný milník na cestě k praktickému využití kvantových počítačů.

Protagonisté chemických reakcí, tedy molekuly a atomy, fungují podle pravidel kvantové mechaniky. Mnozí očekávají, že právě kvantové počítače budou nejlepším nástrojem, jak přesně simulovat chemické reakce. Kvantové počítače využívají k výpočtům a ukládání informací qubity, které nezahrnují jen nuly a jedničky, ale jejich stav může být jistou kombinací těchto hodnot. Nicméně, soudobé kvantové počítače jen obtížně dosahují přesnosti výpočtů, která je nezbytná k simulacím chemických reakcí.

Ryan Babbush. Kredit: Google.

Tým Google využil pro první přesnou kvantovou simulaci chemické reakce jejich vlastní kvantový procesor Sycamore, který tvoří celkem 54 qubitů. Tento procesor se loni stal předmětem tahanic mezi Google a IBM o Kvantovou nadvládu (Quantum Supremacy), kterou si Google nárokovali a IBM s tím nesouhlasili. Stručně řečeno, podle Google Sycamore řeší určité úlohy jako ďábel, podle IBM spíš podobně jako dnešní top superpočítače.

Kvantový chip Sycamore. Kredit: Google / Arute at al. (2019), Nature.

V Google simulovali vazebnou energii řetězců atomů vodíku a molekulu diazenu (diimidu), kterou tvoří dva atomy dusíku a dva atomy vodíku. V simulaci tato molekula podstoupila izomerickou reakci, během které se atomy molekuly v podobě jednoho z izomerů uspořádaly v konfiguraci druhého izomeru. Výsledky kvantové simulace souhlasí s tím, co s diazenem spočítaly klasické počítače.

Jak uvádí Ryan Babbush z Google, simulovaná reakce je poměrně jednoduchá a nebylo vlastně nutné použít kvantovou simulaci. Přesto je to podle něj zásadní krok směrem k široce využívaným kvantovým výpočtům. Simulace složitějších chemických reakcí budou závislé především na počtu dostupných qubitů, plus dílčí úpravy výpočtů. Jednoduše řečeno, čím větší molekuly v reakcích, tím více bude nutné použít qubitů. Babbush věří, že jednou bude možné vyvíjet nové molekuly právě díky kvantovým simulacím.

Video: Simulating Chemistry on Realistic Quantum Computers

Video: Q2B 2019 | Quantum Applications Development at Google | Ryan Babbush | Google AI

Literatura

New Scientist 27. 8. 2020.

Science 369: 1084–1089.