Google已成功設(shè)法在量子計(jì)算機(jī)上執(zhí)行了最大的化學(xué)模擬。這一壯舉可以開(kāi)啟化學(xué)領(lǐng)域的新領(lǐng)域，并幫助許多行業(yè)邁出下一步。Google AI Quantum團(tuán)隊(duì)使用了一種噪聲健壯的變分量子本征求解器(VQE)，以通過(guò)量子算法直接模擬化學(xué)機(jī)理。

該計(jì)算的重點(diǎn)是真實(shí)化學(xué)系統(tǒng)的“ Hartree-Fock”近似值，但是它是量子計(jì)算機(jī)上任何其他先前化學(xué)計(jì)算的兩倍，并且包含十倍的量子門(mén)操作。在計(jì)算物理和化學(xué)領(lǐng)域，Hartree-Fock是一種近似方法，用于確定平穩(wěn)狀態(tài)下的量子多體系統(tǒng)的波函??數(shù)和能量。

Google團(tuán)隊(duì)在發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文中寫(xiě)道：“重要的是，我們驗(yàn)證了為當(dāng)前可用的量子計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的算法可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)所需的精度，從而揭示了實(shí)現(xiàn)量子化學(xué)系統(tǒng)逼真的模擬的途徑。”

該實(shí)驗(yàn)在Sycamore處理器上運(yùn)行，該處理器最近用于證明量子至上性。

Sycamore有54個(gè)量子位，由140多個(gè)單獨(dú)可調(diào)的元件組成，每個(gè)元件都由高速，模擬電脈沖控制。谷歌在博客中解釋說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備的精確控制，需要對(duì)2000多個(gè)控制參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，即使這些參數(shù)中的微小錯(cuò)誤也可以迅速加總到總計(jì)算中的較大錯(cuò)誤。

研究人員說(shuō)，除了最小的系統(tǒng)以外，對(duì)于所有的量子化學(xué)方程式，確切的解決方案對(duì)于現(xiàn)代經(jīng)典計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)都是遙不可及的。這是由于量子變量的數(shù)量和統(tǒng)計(jì)的指數(shù)縮放。

研究人員解釋說(shuō)，通過(guò)使用量子計(jì)算機(jī)，就其本質(zhì)而言，該計(jì)算機(jī)利用獨(dú)特的量子力學(xué)特性來(lái)處理其經(jīng)典同行難以進(jìn)行的計(jì)算，從而可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化學(xué)過(guò)程的模擬。

當(dāng)今的量子計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大，足以為某些任務(wù)提供明顯的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，但是，這種設(shè)備是否可以用于加速當(dāng)前的量子化學(xué)模擬技術(shù)仍有待觀察。

此外，研究小組還發(fā)布了該實(shí)驗(yàn)的代碼，該代碼使用了Google的開(kāi)放源代碼庫(kù)“ OpenFermion”，用于化學(xué)量子計(jì)算。

研究人員補(bǔ)充說(shuō)：“我們希望該實(shí)驗(yàn)成為如何在量子處理器上進(jìn)行化學(xué)計(jì)算的藍(lán)圖，并成為實(shí)現(xiàn)物理模擬優(yōu)勢(shì)的起點(diǎn)。”