Квантовый процессор и суперкомпьютер преодолели рекордно сложную молекулу
Квантовые вычисления, которые часто называют технологией будущего, уже сегодня демонстрируют значительный прогресс в решении сложнейших задач химии.
Международная команда ученых из Калифорнийского технологического института, IBM и японского центра RIKEN впервые успешно рассчитала энергетические уровни электронов в железо-серном кластере [4Fe-4S] — одной из самых сложных молекул, известных науке. Этот кластер играет ключевую роль в биологических процессах, в частности, в работе фермента нитрогеназы, который преобразует атмосферный азот в аммиак, необходимый растениям.
Традиционные методы вычислений сталкиваются с серьезными трудностями при моделировании подобных молекул. В новом исследовании квантовый процессор IBM Eagle упростил постановку задачи, а суперкомпьютер Fugaku в RIKEN завершил вычисления. В эксперименте использовалось до 77 кубитов — это рекордный показатель для подобных исследований. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
В основе работы лежит задача определения основного состояния молекулы, что требует огромных вычислительных ресурсов. Классические методы часто жертвуют точностью ради сокращения объема расчетов. Квантовый компьютер, напротив, выделяет наиболее значимые элементы математической модели, после чего суперкомпьютер решает уравнение.
Хотя квантовые вычисления пока не превосходят классические по всем параметрам, достигнутый прогресс открывает новые перспективы для разработки материалов, лекарств и катализаторов. В частности, более глубокое понимание железо-серных кластеров может привести к созданию эффективных удобрений и новых нанотехнологий.
Несмотря на успех, квантовые вычисления пока не могут полностью заменить классические системы: для революционного прорыва потребуется значительно больше стабильных кубитов, а также дальнейшее развитие алгоритмов.
