谷歌量子計(jì)算取得新突破：首次實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的量子模擬

最近，谷歌的量子計(jì)算機(jī)登上了Science雜志封面，他們成功用12個(gè)量子比特模擬了二氮烯的異構(gòu)化反應(yīng)。

為什么要用量子計(jì)算機(jī)來進(jìn)行模擬化學(xué)分子？

據(jù)了解，化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，以其中比較簡(jiǎn)單的苯分子（C₆H₆）為例，它只有12個(gè)原子，但是計(jì)算維度達(dá)到10⁴⁴，這是任何超級(jí)計(jì)算機(jī)都無法處理的。

為了求解量子化學(xué)中各種方程的解，需要合適的算法和超高性能的計(jì)算力。

2018年，有人提出了一種新的量子算法，運(yùn)算復(fù)雜度不再是指數(shù)增長(zhǎng)，而是呈多項(xiàng)式增長(zhǎng)，大大降低了運(yùn)算難度。

算法具備了，但需要合適的量子計(jì)算機(jī)。

去年谷歌的Sycamore量子處理器實(shí)現(xiàn)了53個(gè)量子比特的糾纏，所以就用它來模擬幾個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)分子來嘗試解決這個(gè)問題。

結(jié)果顯示，谷歌量子計(jì)算機(jī)求得的結(jié)果與真實(shí)值幾乎完全吻合。

接著，谷歌又用Sycamore模擬了一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)：二氮烯的異構(gòu)化。

二氮烯在順式和反式之間躍遷的能隙是40.2毫哈特里，量子計(jì)算機(jī)給出的結(jié)果是41±6毫哈特里。

雖然精確度還有待提高，但谷歌表示，這是“第一次使用量子計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理”。

未來可以將這種算法擴(kuò)大規(guī)模，來模擬更復(fù)雜的反應(yīng)。而要模擬更大分子的反應(yīng)，還需要更多的量子比特。