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.
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.
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