Квантовый компьютер IBM научили моделировать сложные химические элементы

    В сентябре корпорация IBM объявила 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 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.


    / Flickr / IBM Research / CC

    По большому счету, в создании симуляций сложных естественных процессов и заключается предназначение квантовых вычислений. Как известно, Google и IBM открыли 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 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 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 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 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 (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, исследователи со всего мира стараются получить к нему доступ.


    / Flickr / Steve Jurvetson / CC

    В прошлом году исследователи Google развили идею и представили прототип устройства, которое сочетает в себе AQC с «цифровым» подходом. На основе такого принципа работы в 2016 году Google удалось провести 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:


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

    ИТ-ГРАД 276,54
    vmware iaas provider
    Поделиться публикацией
    Комментарии 12
    • +2
      Есть ли на Хабре люди, которые действительно понимают плюсы и минусы квантовых компьютеров? Может в Яндексе есть какой-нибудь RnD на эту тему? Действительно ли это next big thing, или это узкоспециализированная технология для очень ограниченного количества кейсов?
      • 0
        Кейс квантовых вычислений — это вичисления всего и сразу. Если обычный компьютер выдает один результат 2+2=4 всегда для него, то для квантового это некое поле вероятностей. Т.е. квантовый компьютер одновременно может находится в нескольких состояниях, но только с определенной вероятностью. Т.о. получается что он вычисляет на поле входных данных, целое поле выходных. Ну и понятно, что я тут объяснил лишь «с точки зрения дилетанта», все на самом деле сложнее.
        • +1
          не, на этом уровне я и сам понимаю, что это такое. Какова вероятность того, что в недалеком будущем будет писаться general purpose софт для квантовых компьютеров, например БД или аналог современных публичных облаков наподобие MS Azure? Насколько специфика алгоритмов для квантовых компьютеров позволяет решать повседневные задачи или это набор алгоритмов, которые применимы только в физике, астрономии и биологии?
          • 0
            Все ваши примеры — это примеры детерминированных алгоритмов. Когда есть А, то точно будет Б.
            На квантовом компьютере бессмысленно писать БД, потому как для этой цели есть более лучшее решение — обычный компьютер.
            А вот например разложение числа на простые множители, вот тут обычный компьютер дает фору квантовому, т.к. квантовый делает это за время O(1), а обычный за O(N^2).
            Почитайте про NP-задачи.
            • 0

              Для квантвого компьютера есть "типо-аналог" БД Quantum Associative memory называется

            • +1
              Квантовый компьютер способен решать очень широкий спектр задач. Во-первых, с помощью основных вентилей можно симулировать работу любых классических логических элементов, т.е. квантовый компьютер может решить любую классическую задачу за сравнимое время. Во-вторых, квантовый «зоопарк» (http://math.nist.gov/quantum/zoo/)
              алгоритмов постоянно пополняется. И уже придуманы способы как устроить абсолютно честное голосование, как создать «квантовые деньги», которые невозможно подделать, поиск кратчайшего пути с использование квантовых граф-состояний, квантовые отпечатки пальцев… данный список можно продолжать ооочень долго
              • 0
                MS как-раз в этот понедельник затронули похожую тему.
                • 0

                  Очередной NIH синдром относительно quantum playground/quipper ?

                  • 0
                    Симуляторов, действительно, многовато. Я даже не совсем понял, продолжат ли MS использовать тот что был или ещё что-то новое соорудят.
            • +1

              Есть вроде доказанный факт множество задач, имеющих экспоненциальное ускорение на квантовом компьютере имеет меру
              ноль (т е их конечное число) выводы о general purpose делайте сами, в остальных случаях ускорение дай бог в корень раз. кроме того для произвольного квантового оракула довольно трудно выразить его в элементарных гейтов(если рассматривать гейтовую модель)

          • 0
            крупнейшей на сегодняшний день моделью молекулы, созданной на квантовом компьютере

            Крупнейшей стала молекула BeH2: https://www.ibm.com/blogs/research/2017/09/quantum-molecule/


            we implement a new quantum algorithm capable of efficiently computing the lowest energy state of small molecules.… we studied molecules previously unexplored with quantum computers, including lithium hydride (LiH) and beryllium hydride (BeH2).

            http://www.nature.com/nature/journal/v549/n7671/full/nature23879.html Hardware-efficient variational quantum eigensolver for small molecules and quantum magnets — Nature 549, 242–246 (14 September 2017) doi:10.1038/nature23879 == https://arxiv.org/pdf/1704.05018.pdf


            Here we demonstrate the experimental optimization of Hamiltonian problems with up to six qubits and more than one hundred Pauli terms, determining the ground-state energy for molecules of increasing size, up to BeH2.

            Шесть кубитов, сотни операций: http://www.nature.com/nature/journal/v549/n7671/fig_tab/nature23879_F1.html

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое