科技日報記者 劉霞

美國IBM公司與日本理化學(xué)研究所科學(xué)家攜手，讓量子計算機(jī)與超級計算機(jī)聯(lián)合，成功模擬了多種分子的量子行為。這項發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》和《物理化學(xué)B》雜志的研究成果，為化學(xué)及藥物研發(fā)開辟了新路徑。

在醫(yī)療和工業(yè)催化領(lǐng)域，預(yù)測分子反應(yīng)行為的關(guān)鍵在于解析其電子量子態(tài)。量子計算機(jī)雖能加速這一計算過程，但現(xiàn)有技術(shù)仍存在誤差隱患，而傳統(tǒng)超級計算機(jī)恰好能及時捕捉并修正這些誤差。

在最新研究中，科學(xué)家們讓IBM“鷺”量子計算機(jī)與日本的“富岳”超級計算機(jī)“聯(lián)袂演出”，并通過空間量子動力學(xué)算法，在127個量子比特的協(xié)同下，成功模擬了氮分子及兩種鐵硫化合物的量子態(tài)。這些模擬的創(chuàng)新之處在于：量子計算機(jī)負(fù)責(zé)核心運算，超級計算機(jī)則扮演“質(zhì)檢員”角色——當(dāng)“鷺”的計算結(jié)果出現(xiàn)電子數(shù)異常時，“富岳”會立即剔除錯誤數(shù)據(jù)，指導(dǎo)量子計算機(jī)重新計算。

IBM量子計劃副總裁杰·甘貝塔評價道，這種混合模式雖暫未超越超級計算機(jī)的獨立性能，但已展現(xiàn)出與傳統(tǒng)方法分庭抗禮的實力。計算化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威、美國克利夫蘭診所肯尼思·莫瑞茲教授也表示，其團(tuán)隊開發(fā)的空間量子動力學(xué)算法改良版已能模擬溶液環(huán)境中的分子，這使化學(xué)實驗建模更貼近現(xiàn)實。他預(yù)言，算法優(yōu)化后，量子—經(jīng)典計算機(jī)組合有望在一年內(nèi)展現(xiàn)顯著優(yōu)勢。

與此同時，科技巨頭英偉達(dá)也已開發(fā)出支持混合計算的軟件平臺。微軟公司強(qiáng)調(diào)，量子計算、超級計算與人工智能的“三重奏”，將重塑化學(xué)和材料科學(xué)。

不過，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院馬庫斯·雷埃教授持審慎態(tài)度。他表示，實驗的結(jié)果令人鼓舞，但這種方法能否成為進(jìn)行量子化學(xué)計算的首選，仍需觀察其在大分子模擬中的表現(xiàn)。

目前，日本理化學(xué)研究所實驗室已升級搭載錯誤率更低的IBM新型量子處理器。研究團(tuán)隊正雙管齊下：既優(yōu)化空間量子動力學(xué)算法，又提升“鷺”與“富岳”的協(xié)同效率。