Прогресс

Квантовый компьютер впервые решил сложнейшую молекулярную задачу в сотрудничестве с суперкомпьютером

Международная команда ученых из Калифорнийского технологического института, IBM и японского Центра вычислительных наук RIKEN совершила прорыв в квантовых вычислениях, успешно определив энергетические уровни электронов в сложной молекуле железо-серного кластера [4Fe-4S].

Это достижение, опубликованное в журнале Science Advances, демонстрирует потенциал гибридного подхода, сочетающего квантовые и классические вычислительные технологии.

Исследователи использовали 77-кубитный квантовый процессор IBM Eagle для упрощения постановки задачи, после чего суперкомпьютер Fugaku завершил вычисления. Железо-серные кластеры играют ключевую роль во многих биологических процессах, включая работу фермента нитрогеназы, который преобразует атмосферный азот в аммиак — важнейший компонент для роста растений. Традиционные методы вычислений сталкивались с непреодолимыми трудностями при анализе таких сложных молекул.

«Наш подход открывает новые возможности для моделирования сложных квантовых систем, которые ранее считались недоступными для точного анализа», — поясняет профессор Сандип Шарма из Калтеха.

Хотя квантовые компьютеры пока не могут полностью заменить классические, их способность эффективно обрабатывать квантовые состояния молекул делает их незаменимыми инструментами для определенного класса задач.

Это достижение имеет важные практические последствия. Понимание механизмов работы железо-серных кластеров может привести к созданию более эффективных удобрений, искусственных аналогов природных ферментов и новых катализаторов для химической промышленности. Особый интерес представляет потенциал применения этой технологии в разработке фармацевтических препаратов и наноматериалов с заданными свойствами.

Эксперты отмечают, что хотя 77 кубитов представляют значительный прогресс по сравнению с предыдущими экспериментами, для полноценной квантовой революции в химии потребуются системы с сотнями или тысячами стабильных кубитов. Тем не менее, данный успех подтверждает жизнеспособность гибридного подхода, который может стать основой для научных открытий в ближайшие годы. В IBM уже анонсировали планы по созданию 100-кубитных систем в течение следующего года, что откроет новые горизонты для квантовой химии.

Ранее искусственный интеллект подтвердил множественное авторство Ветхого Завета.