Ученые ускорили квантовые вычисления

Новый алгоритм для квантовых компьютеров разработала группа ученых под руководством Мартина Хэд-Гордона (Martin Head-Gordon) из Национальной лаборатории Беркли, США.

Его применение позволит с высокой точностью производить расчеты базовых параметров для молекул. В качестве доказательства работоспособности своего алгоритма, исследователи провели расчет состояний с нижним энергетическим уровнем для молекул воды и гидрида лития. Вычисления на обычных компьютерах показали, что новому алгоритму для проведения высокоточных расчетов молекулярных систем требуется всего несколько десятков или сотен квантовых битов (кубитов). Таким образом, на относительно небольшом квантовом компьютере станет возможно решать такие задачи квантовой химии, которые сегодня доступны только суперкомпьютерам.

Группа Хэд-Гордона занимается вычислением параметров электронных структур молекул, знание которых позволяет предсказать, как молекулы прореагируют друг с другом, что является ключом к управлению физическими и химическими свойствами веществ. Начало подобным вычислениям было положено еще в 1929 году Полом Дираком, который отметил, что квантовая механика — основа большинства математических теорий в физике и химии, и что попытки точного описания ее явлений приводят к неразрешимым уравнениям.

Действительно, вычисления по уравнению Шредингера, фундаментальному выражению квантовой механики, настолько сложны, что обычные компьютеры в состоянии рассчитывать только параметры маленьких молекул, поскольку с увеличением их размеров количество необходимых вычислений вырастает по экспоненте.