Kwantowy komputer zasymulował cząsteczkę

Przez długi czas środowisko naukowe zastanawiało się czy kwantowe komputery D-Wave w ogóle działają, czy nie są jakimś zaawansowanym oszustwem, ale po tym jak zakupiło je NASA i Google wszystko wydawało się jasne. Teraz z pomocą tego komputera udało się po raz pierwszy zasymulować dokładnie cząsteczkę.

Naukowcy pracujący z komputerem D-Wave należącym do Google skutecznie zasymulowali cząsteczkę wodoru H2, a jest to bardzo duży krok naprzód, bo jeśli sztuka ta im się uda z pozostałymi pierwiastkami to na komputerze takim będzie można przewidywać wyniki różnych reakcji chemicznych, co pozwoli błyskawicznie opracować szereg nowych materiałów czy leków.

Problemem jest obecnie moc obliczeniowa konieczna do takich symulacji - stworzenie dokładnego, komputerowego modelu energetycznego cząsteczki bardzo prostego propanu zajmuje potężnemu superkomputerowi około 10 dni, a jeśli chcemy przeprowadzić tam jakąś bardziej skomplikowaną operację to czas ten się wydłuża, rosnąc wykładniczo. Chemiczne reakcje są jednak w swej naturze kwantowe, dlatego komputer kwantowy powinien poradzić sobie z ich symulacją dużo szybciej.

Klasyczne komputery działają na bitach - jednostkach informacji o stanie 1 lub 0, a wszystko odbywa się w tranzystorach włączanych i wyłączanych wewnątrz procesora. Kwantowy komputer działa jednak inaczej - bity są w stanie kwantowym, w którym potrafią one przechowywać kilka wartości jednocześnie, a zatem ich moc obliczeniowa rośnie wykładniczo - już 300 kubitów pozwalałoby na pracę z taką ilością liczb ile jest atomów we wszechświecie.

D-Wave nie jest jednak klasycznym komputerem kwantowym - takiego nie udało nam się jeszcze stworzyć. Jego twórcy obrali nieco inną strategię - porzucili standardowy model bramki logicznej - gdyż bardzo trudno jest w nich utrzymać kubity (kwantowe bity) w ich kwantowym stanie - spontanicznie dochodzi do dekoherencji i zachowują się one jak klasyczne bity przyjmując stan 1 lub 0. Kwantowe, splątane ze sobą bity (czyli kubity) są tam obudowane bardzo skomplikowaną elektroniką i stosowane jest tam tak zwane kwantowe wyżarzanie co znacznie ogranicza możliwości wykorzystania takiego komputera.

Symulowane wyżarzanie polega na losowym przeszukiwaniu przestrzeni alternatywnych rozwiązań aby wybrać najlepsze - co naukowcy przedstawiają na przykładzie analogii - to tak jakbyśmy chodzili po jakimś terenie - po jego górach i dolinach - w poszukiwaniu  najniższego punktu. W kwantowym wyżarzaniu jednak nie trzeba chodzić po terenie, lecz można niejako poruszać się "przenikając" przez teren - co umożliwia efekt zwany tunelowaniem kwantowym (cząstka może przekroczyć barierę potencjału o wysokości większej niż energia cząstki), dzięki któremu poszczególne kubity są ze sobą połączone - niejako zdają sobie świadomość z tego jakie procesy zachodzą w pozostałych. A dzięki temu komputer taki jest w stanie rozwiązywać określone problemy logiczne w dużo krótszym czasie od komputerów klasycznych.

Jeśli zatem nauczymy D-Wave radzić sobie z chemią to komputer ten będzie w stanie w mgnieniu oka znaleźć rozwiązanie wielu problemów stojących przed współczesną chemią, a ludzkość wejdzie na zupełnie nowy poziom rozwoju.

Źródło: , Zdj.: By D-Wave Systems, Inc. (D-Wave Systems, Inc.) [],