Google: kvantni kompjuter simulirao hemijsku reakciju

Googleov kvantni kompjuter postigao je nešto što bi moglo imati stvarne aplikacije: uspješno je simulirao jednostavnu hemijsku reakciju. Ovaj događaj bi mogao biti početak puta prema kvantnoj hemiji, odnosno simulacijama hemijskih reakcija pomoću kompjutera, što bi naučnicima moglo proširiti razumijevanje molekularnih reakcija i dovesti do korisnih otkrića, poput lijekova koji specifično ciljaju, naprednijih baterija, ali i industrijski efikasnijih metoda uklanjanja ugljičnog dioksida iz zraka.

U septembru prošle godine, Google je izašao s viješću i radom kako su stvorili superkompjuter i postigli "kvantnu supremaciju". Kompjuter, nazvan Sycamore radi na 53 superprovodnička kjubita- kvantna bita (bilo ih je 54, ali je jedan otkazao), a čiji se rad zasniva na kvantnim fenomenima. Upravo su kvantni kompjuteri jedna od aplikacija kvantne mehanike, a ova mogućnost će vjerovatno doprinijeti i razvoju kvantne kriptografije. 

Sycamore nije uradio ovu simulaciju: Google je koristio nešto jednostavniji model od 12 kjubita, koji se bazirao na dizajnu od Sycamore. Ras su objavili u Science u avgustu 2020.

Tim naučnika je prvo simulirao pojednostavljenu verziju energetskog stanja molekule koja se sastoji od 12 atoma vodika, pri čemu svaki od 12 kjubita predstavlja jedan atom elektrona. Zatim su modelirali hemijsku reakciju u molekuli koja sadrži atome vodika i dušika, uključujući kako bi se elektronička struktura te molekule promijenila kad bi se njeni atomi vodika pomaknuli s jedne strane na drugu. Budući da energija elektrona diktira brzinu reakcije pri određenoj temperaturi ili koncentraciji različitih molekula, takve bi simulacije mogle pomoći hemičarima da shvate kako tačno funkcioniše ta reakcija - i kako bi se ona mijenjala s promjenom temperature ili nekog drugog faktora. Ovom simulaciju, naučnici su rješaali problem energije vezivanja ugljikovih lanaca i izomerizacije diazena.

Inače, simulacija hemijskih reakcija za današnje kompjuter prilično teška, pa čak i simulacija vrlo jednostavnih reakcija jer je komplikovano simulirati orbitale elektrona, hemijske veze i sama svojstva reakcije. 2017. IBM-ov kvantni kompjuter je uspio simulirati molekulu berilijum hidrida. 

Za neke radnje koji je Sycamore u stanju obaviti brzo,  najboljim običnim kompjuterima današnjice bi trebalo oko 10 000 godina. Međutim, simulacija koju je obavio ovaj jednostavniji Googleov kvantni kompjuter je moguća i na današnjim kompjuterima te ovo nije pokazatelj kvantne superiornosti, čak je simulacija rađena uz "asistenciju" običnog kompjutera. Radilo se o tome da naučnici razvijaju metodu kako kvantne kompjutere koristiti za ovakve stvari.