什么是量子计算?
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2024-04-26
2020年8月29日,谷歌的量子计算机登上了Science封面,他们成功用12个量子比特模拟了二氮烯的异构化反应。这已经是谷歌量子计算机第二次登上顶级学术期刊封面了。
去年10月,谷歌的量子计算机因为实现了“量子优越性”登上了Nature封面,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。因为分子遵循的是量子力学,用量子计算来模拟也更为合理。只需更少的运算量和信息,就能计算出化学物质的性质。
扩展资料
量子化学还是得用量子计算机
薛定谔方程是量子化学的基础,也是化学分子遵循的基本规律,求出方程的解,就能得到物质的具体化学性质。
但是求解薛定谔方程谈何容易,随着分子里原子数量的增多,解方程的运算量呈指数级增长。
就拿化学里比较简单的苯分子(C6H6)来说,它只有12个原子,但是计算维度达到1044,这是任何超级计算机都无法处理的。
为了简化求解过程,早在计算机出现之前,就有了一些近似方法,比如谷歌用到的“哈特里-福克方程”。但即使经过简化,运算量也是巨大的。
更糟糕的是,在化学反应过程中,也就是化学键解离时,分子系统的电子结构会变得更加复杂,在任何超级计算机上都很难进行相关的数值计算。
2018年,有人提出了一种新的量子算法,运算复杂度不再是指数增长,而是呈多项式增长,大大降低了运算难度。
去年谷歌的Sycamore量子处理器实现了53个量子比特的纠缠,所以就用它来模拟几个简单的化学分子试试看。
谷歌先计算6到10个氢原子组成的氢链的结合能。原始方法效果一般,与VQE等算法结合后,量子计算机求得的结果与真实值几乎完全吻合。
参考资料来源:澎湃新闻—谷歌量子计算突破登Science封面,首次对化学反应进行量子模拟
美国东部时间12月9日,美国航空航天局与谷歌联合宣布,他们研发出了世界上第一台完全依赖量子机制进行运算的电脑,这台电脑被称为D-WAVE 2X,其运算速度达到了普通电脑的一亿倍。与此同时,12月10日,中国科技大学的研究团队也宣称,他们利用一块金刚石制造出了全球首台量子计算机,能够在不到一秒的时间内普通计算机需要数年甚至十年才能解决的密码问题。
量子计算机、常温核聚变、超导等技术被普遍认为是第四次工业革命的关键技术。当中美两国在短短的一星期内相继宣布在量子计算机领域取得突破性进展时,这无疑标志着量子计算机竞赛的开始。这项技术的重要性,不亚于当年的太空竞赛。
然而,观察者网注意到,这两则新闻似乎都存在一定程度上的夸大成分。真正的量子计算时代,或许还需要等待更长的时间。目前,量子计算机还面临着许多技术挑战,例如量子比特的稳定性、错误率等问题。量子计算技术的发展需要跨越多个领域,包括物理、数学、计算机科学等,这使得其发展过程充满了不确定性。
量子计算机的突破性进展,对于全球科技界来说无疑是一个振奋人心的消息。然而,也有人对这些报道的真实性表示怀疑。一方面,量子计算机的研发是一项复杂而艰巨的任务,需要大量的资金投入和技术积累。另一方面,媒体对于科技新闻的报道往往带有某种程度的夸张成分。
尽管中美两国在量子计算机领域的竞争正在不断升温,但真正实现量子计算技术的广泛应用,仍然需要跨越诸多技术和商业障碍。在这个过程中,各国之间的合作与交流将起到关键作用。未来,我们期待看到更多关于量子计算技术的突破性进展,同时也希望这些技术能够真正造福全人类。