Почему Google и IBM так активно работают над квантовыми компьютерами

Когда-нибудь инженеры построят большие квантовые компьютеры, которые могут решить большие научные проблемы, взломать сложное шифрование и сделать искусственный интеллект умнее. В то же время компании, строящие квантовые компьютеры, пытаются понять, как использовать все их возможности.

Десятилетия теоретической работы предполагают, что даже относительно небольшие квантовые компьютеры, когда-нибудь смогут решить важные проблемы, которые невозможно решить на существующих компьютерах. Однако существует ряд проблем, такие как понимание фотосинтеза и улучшение катализаторов для получения возобновляемых видов топлива, моделирование малых молекул и атомов. Однако в этой области производители квантовых компьютеров, не вышли далеко за рамки того, что химик-математик может сделать с ручкой и бумагой.

Не так давно в журнале Nature исследователи из IBM описывают использование небольшого квантового компьютера для моделирования более сложных молекул. Команда IBM использовала шесть квантовых бит в семицикловой системе для ввода во вторую строку периодической таблицы, имитируя молекулы размером с гидрид бериллия (BeH2). Важность этого исследования заключается в том, говорит Джерри Чоу, менеджер экспериментальных вычислений при исследовании IBM, что они это сделали путем разработки более сложных алгоритмов, которые могли бы выполнять симуляции на небольшом квантовом компьютере.

На классическом компьютере сложность химического моделирования оценивается по экспоненте с размером проблемы. Иногда квантовые эффекты, которые невозможно имитировать, являются ключевыми для понимания химии. Квантовые компьютеры могут более естественно представлять собой квантовые состояния, такие как энергетические уровни электронов. Поэтому, если компании могут сделать большой прорыв в этой области, они должны иметь возможность более точно решать проблемы химии.

Когда квантовые компьютеры смогут решить необходимую проблему, которую не могут классические компьютеры? Мы еще не знаем ответа. Сегодняшние квантовые компьютеры имеют менее 20 кубитов. Google объявила о том, что ее команда работает над 49-кубитной системой, которая должна превзойти классический компьютер на некоторых (возможно, не практически полезных) задачах.

Некоторые химики подозревают, что для решения важных проблем химии потребуются сотни тысяч или миллионы кубитов. Другие, в том числе работающие в IBM и Google, считают, что можно будет использовать полезную химию с менее чем 100 кубитами. По мере того как они пытаются построить более крупные системы, большой вопрос для этих компаний заключается в том, «как получите ценность от квантового компьютера в ближайшие несколько лет?» - говорит Джей Гамбетта, который работает над квантовыми вычислениями и теорией информации в IBM Research.Команда IBM надеется, что сообщество химии поможет им разобраться. Компания сделала 16-кубитный квантовый компьютер, и опубликовала алгоритмы квантовой химии, которые исследователи могут использовать для моделирования небольших молекул.