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量子系统模拟分子再创纪录 用其研发新材料指日可待

2017-09-23 22:01:42 来源:科技日报 繁体中文 关闭 收藏 打印 复制

  科技日报北京9月17日电(记者聂翠蓉)最新一期《自然》杂志刊登了量子计算机领域一项重大突破:IBM公司科学家利用其研发的全新算法,成功在7量子位系统中模拟出氢化铍(BeH2)分子,是迄今量子系统模拟的最大、最复杂分子,打破了以往纪录。新研究意味着用小型量子系统研发新药和各种新材料指日可待。

  当今超级计算机能模拟氢化铍和其他简单分子,并已在物理学和化学领域广泛应用。但模拟分子面临的最大挑战是计算化合物的基本能态,即必须模拟出每个原子内每个电子与其他所有原子的原子核间相互作用,这种相互作用遵循的是微观层面的量子力学原理,对传统超级计算机来说,模拟出这些量子特性的分子结构不仅要消耗大量能量,而且随着分子内原子数增加,模拟愈加困难。

  科学家于是将目光投向量子计算机,认为其能克服传统计算机无法解决的难题。但量子计算机非常敏感,其准确性通常会受到温度或电磁场等波动的影响。此研究之前的纪录是,用3个量子位模拟出氢气这一结构简单的分子。

  新研究打破了这一局限。IBM研究团队利用其开发的全新算法,在特定金属超导体制作的7量子位系统中计算出氢化锂(LiH)、氢气(H2)和氢化铍的最低能态,并模拟出这3种分子。其中氢化铍为迄今在量子系统中模拟的最复杂分子,创造了量子系统模拟新纪录。

  研究人员表示,长期以来人们认为,量子计算机在数据传输和加密等领域的应用,还需很长时间才能实现,但新研究将目光从物理学转向化学领域,使量子系统有望率先在发现新药和新材料中发力。现有成熟量子计算机已经达到20个量子位,只要开发出更复杂的算法,就能模拟出包含数十个原子的复杂分子。IBM已经通过云服务公开其16个量子位计算机和各种量子化学算法,并呼吁化学界研究人员利用这些工具,进行模拟分子的研究。

  总编辑圈点

  我们祖先寻找新药物靠的是神农尝百草。直到华佗、李时珍,这种传统方法一直都占据主导。如今,随着现代科技的突飞猛进,研制新药物的方法也日新月异。科学家可以在计算机中模拟各种分子,筛选新药研制所需要的蛋白,甚至在一定程度上试验药物的效果。IBM的研究又进一步,它用量子计算机来模拟极其复杂的分子,让新药研制再次“鸟枪换炮”。

  (来源:科技日报)

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