После многих лет исследований и тестирований квантовые компьютеры превращаются в рабочий инструмент. Химики хотят воспользоваться вычислительными возможностями таких машин, чтобы создать лучшие батареи и суперпроводники.
В этом месяце IBM и Google заявили, что планируют сделать квантовые компьютеры коммерческими машинами в течение ближайших пяти лет. Компании будут продавать доступ к квантовым вычислениям желающим – некая разновидность облачного сервиса. Эксперты уже предсказывают, что такой шаг станет началом новой эры, последствия которой ощутят логистика, диагностика, машинное обучение и многие другие сферы.
Одними из первых коммерческих пользователей квантовых компьютеров станут химики. Такие машины помогут им быстрее симулировать молекулы и их поведение в химических реакциях. Подобная задача также позволит разработать алгоритмы, необходимые для квантовых компьютеров.
Почему квантовый компьютер – это мощно
Современные гаджеты базируются на кремниевой микроэлектронике, использующей кремниевые транзисторы, которые уже дошли до лимита физических законов. Например, транзистор пока не удается сделать меньше, чем один атом. Поэтому ученые разрабатывают вычислители, которые используют совсем другие принципы работы. Одной из таких машин является квантовый компьютер, у которого нет привычных сегодня «нулей» и «единиц».
Так что квантовый компьютер использует абсолютно отличные от кремниевой электроники принципы работы, он базируется на нестандартных единицах информации. Вместо привычного бита такие машины работают с кубитами, которые умеют принимать три состояния. Из них два являются привычными «нулями» и «единицами», а третий называется «суперпозицией» – в нем кубит одновременно является и «нулем», и «единицей».
Квантовые компьютеры способны мгновенно решать такие задачи, которые «по зубам» обычной кремниевой электронике через миллионы лет. Одна из таких проблем – сворачивание белка человека. За приемлемое время ее сегодня не может решить ни один кремниевый компьютер. Тогда как квантовый компьютер благодаря своей архитектуре выдаст результат через короткий промежуток времени. Кстати, свертывание белка и поиск лекарств на его основе – это одна из задач, для которых Google и NASA купили себе квантовый вычислитель.
Чем будут заниматься квантовые компьютеры
«С точки зрения доказанных теорий, химия находится впереди, – говорит директор подразделения IBM по продаже суперкомьютеров Скот Краудер. – Мы уверены в небольших системах для химии ».
Исследователи уже давно используют симуляции молекул и химических реакций для поиска новых материалов, лекарств, катализаторов и т.д. Такая тактика уменьшает затраты на реальные эксперименты и количество неудачных исследований. Сегодня она также является одним из главных нагрузок для суперкомпьютеров мира.
Прогресс тормозят сами суперкомпьютеры, которые даже в небольших молекулах не могут полностью моделировать сложные квантовые процессы между атомами и электронами, говорит гарвардский профессор химии Алан Аспуру-Гузик. Он ждет день, когда квантовые компьютеры ускорят его исследования по поиску новых светогенерирующих молекул, которые можно будет использовать в светодиодах и экранах.
«Сейчас мы должны постоянно опираться на экспериментальные данные, – говорит ученый. – Часть этой работы исчезнет, если у нас будет квантовый компьютер».
По материалам: technologyreview
