Квантовый компьютер IBM научили моделировать сложные химические элементы

В сентябре корпорация IBM объявила ^[1] о новом серьезном достижении в области квантовых вычислений. Согласно данным компании, подготовленный исследователями алгоритм позволил работать с крупнейшей на сегодняшний день моделью молекулы, созданной на квантовом компьютере. Подобные эксперименты говорят о том, что квантовые процессоры, наконец, приближаются к возложенной на них практической задаче.

По словам ^[2] Дарио Гила (Dario Gil), вице-президента исследований в сфере ИИ и IBM Q в IBM Research, она заключается в повышении нашего уровня знаний о явлениях природы.

^[3]
/ Flickr / IBM Research ^[4] / CC ^[5]

По большому счету, в создании симуляций сложных естественных процессов и заключается предназначение квантовых вычислений. Как известно, Google и IBM открыли ^[6] доступ к своим облачным платформам квантовых вычислений для членов академической среды. Это означает, что исследователи со всего мира смогут присоединиться к работе над уникальными квантовыми задачами.

В работе над проектом по моделированию исследовательская группа IBM использовала квантовый процессор с семью кубитами. Объектами выступили гидрид лития и гидрид бериллия. «Квантовый подход» хорошо подошел для этой задачи — алгоритмы для химического моделирования действительно исправно работают на квантовых процессорах, по словам ^[7] Робина Блюм-Кохута (Robin Blume-Kohout) из Sandia National Laboratories, лаборатории министерства энергетики США.

Тем не менее, наиболее точные симуляции в рамках аналогичных задач сегодня выполняют на классических компьютерах, что подтверждают и сами исследователи. Они оговариваются, что их процессор не лишен изъянов. Главный вызов для них — выведение квантовых вычислений на новый уровень и работа над высокоэффективными квантовыми алгоритмами. Команда уверена в том, что с развитием технологии квантовое моделирование сможет применяться для все более сложных химических задач. Тогда индустрия выйдет за рамки классических вычислений, а моделирование поможет в поиске новых лекарств и источников энергии.

В 1985 году Дэвидом Дойчем (David Deutsch) из Оксфордского университета были описаны первые попытки моделирования различных состояний с помощью квантовых вычислений. Однако первый жизнеспособный алгоритм был оформлен Питером Шором (Peter Shor) из Массачусетского технологического института почти 10 лет спустя.

Как отмечает ^[8] научный журналист Филип Бол (Philip Ball) после этого идея сделать квантовый компьютер быстрее традиционного затмила изначальную цель, которая заключалась в изучении квантовой природы различных явлений.

Эксперимент IBM — это продолжение тех исследований, которые уже были проведены ранее. Например, летом 2016 года группа исследователей, возглавляемая профессорами Маркусом Рейером (Markus Reiher) и Маттиасом Троером (Matthias Troyer) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, прибегла ^[9] к квантовым вычислениям в процессе изучения сложной химической реакции.

Корпоративные решения в этой сфере еще только набирают обороты. В гонке с IBM участвует лаборатория Google, которая уже пытается коммерциализировать ^[7] свой продукт. Ряд исследователей получил доступ к платформе, и согласно официальным заявлениям корпорации, система продемонстрирует свое превосходство над действующими суперкомпьютерами уже к концу 2017 года.

Разрешение основных вопросов химического моделирования, по словам журналиста Филипа Бола, возможно, лежит в адиабатических квантовых вычислениях ^[10] (AQC). Этот подход является основой D-Wave One — первого коммерческого квантового компьютера. Хотя его достоинства в качестве эффективного инструмента для квантовых вычислений ставятся под сомнение ^[11], исследователи со всего мира стараются получить к нему доступ.

/ Flickr / Steve Jurvetson ^[12] / CC ^[13]

В прошлом году исследователи Google развили ^[14] идею и представили прототип устройства, которое сочетает в себе AQC с «цифровым» подходом. На основе такого принципа работы в 2016 году Google удалось провести ^[15] моделирование для молекулы водорода.

Так или иначе, во всех описанных случаях исследователи сталкивались с проблемой масштабирования. Для ее решения специалисты активным образом прорабатывают и совершенствуют алгоритмическую составляющую. Эту тему мы постараемся рассмотреть в одном из следующих материалов нашего блога на Хабре.

P.S. Несколько материалов из нашего блога на Хабре:

• Первый суперкомпьютер DGX-1 на базе Tesla V100 применят в медицине ^[16]
• IBM открыла доступ к новому 16-кубитному квантовому процессору ^[17]

P.P.S. Материалы из «Первого блога о корпоративном IaaS»:

• Решение распространенных проблем в облаке IaaS на базе гипервизора VMware ^[18]
• Оптимизация производительности в vSphere: решение основных проблем с CPU ^[19]
• Как справиться с пиковыми нагрузками при помощи IaaS ^[20]

Автор: ИТ-ГРАДовец

Источник ^[21]