谷歌量子计算再次取得突破 成功模拟化学反应
发布时间：2020-08-31 发布者：亚时财经
谷歌的量子计算机又一次掀起了业界的浪潮。之前就登上过《自然》杂志封面的他们，近日又登上了登上了《科学》杂志封面。这次是因为他们模拟了一次化学反应，成功用12个量子比特模拟了二氮烯的异构化反应。
（图源：机器之心Pro）
该团队在《科学》杂志上的题目名为《超导量子比特量子计算机的 Hartree-Fock 近似模拟》（Hartree-Fock on a Superconducting Qubit Quantum Computer）。该团队用量子计算机进行了一次化学模拟，这是迄今为止人类用量子计算机进行的最大规模化学模拟，揭示了通往量子化学系统逼真模拟的路径。
此前谷歌的量子计算机因为实现了“量子优越性”而受到广泛关注，该计算机仅用了200秒就解决了超算需要1万年才能求解的量子电路采样问题。当时他们也表示，还能模拟化学分子。如今他们的确做到了。
据机器之心称，根据支配化学过程的量子力学定律对该过程进行精确的计算预测是一种进行化学领域前沿探索的工具。但由于量子变量的数量和统计数据的指数式增长，除了最小的系统之外，所有量子化学方程的精确解仍然无法用现代经典计算机得到。不过通过使用量子计算机，利用其独特的量子力学特性来处理经典计算机难以处理的计算，可以实现对复杂化学过程的模拟。
在该项模拟中，研究人员使用Sycamore处理器，模拟了一个由两个氮原子和两个氢原子组成的二氮烯分子的异构化反应，并使用噪声鲁棒的变分量子特征值求解算法（variational quantum eigensolver，VQE），通过量子算法直接模拟化学机制。他们用量子模拟得到的结果与在传统计算机上运行的模拟保持一致，从而验证了他们的研究。
据深科技报道，虽然计算集中在一个真实化学系统的Hartree-Fock近似模拟上，但它是之前用量子计算机进行化学计算的两倍大，并且包含了十倍多的量子门操作。并且研究验证了目前的量子算法可以达到实验预测所需的精度，并打开了通向真实模拟量子化学系统之路。
值得一提的是，谷歌团队已经发布了实验的代码，它使用了化学量子计算的开源库OpenFermion。
对于此项目，美国达特茅斯学院的量子计算专家James D. Whitfield和南加州大学博士生Sahil Gulania认为，谷歌的这项研究只是硬件的非凡展示，与传统计算机相比，并没有显示出对Hartree-Fock计算的任何益处。
谷歌的研究人员Ryan Babbush也表示，虽然这种化学反应可能相对简单，也不是非量子计算机而不可为。不过他还是赞同这项工作对于量子计算来说仍然是一大步。他认为这项研究有助于计算机科学家学习如何处理量子计算误差，这也将有助于他们在未来执行更复杂的计算。“有一天，我们甚至可能利用量子模拟开发新的化学物质。”Ryan说道。
对于未来发展，研究者希望该实验可以为如何在量子处理器上运行化学计算提供蓝图，并作为发挥物理模拟优势之路的起点。他们还希望更广泛的研究社区可以利用这些实验结果来探索相关机制。
责任编辑：Carrick
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