Исследователи НИТУ МИСИС и Казанского федерального университета (КФУ) улучшили квантовые алгоритмы, чтобы в десятки раз быстрее изучать молекулы для фармацевтики, химической промышленности, материаловедения, энергетики и других отраслей.
Для создания новых материалов требуются точные расчеты поведения молекул. Обычные компьютеры не способны решать такие задачи, даже суперкомпьютеры не всегда справляются с необходимым для этого объемом вычислений. Квантовые компьютеры имеют ряд преимуществ, однако для практических применений в химии главным барьером являются слишком сложные схемы и огромное число двухкубитных операций, которые сложнее реализовать без ошибок. Одним из наиболее перспективных вариантов решения является вариационный квантовый алгоритм, позволяющий поэтапно находить наиболее стабильное состояние молекулы с помощью совместной работы квантового и классического компьютера, минимизируя количество двухкубитных операций.
Исследователи НИТУ МИСИС и КФУ предложили способы оптимизации вариационного квантового алгоритма, которые позволяют значительно сократить ресурсы, необходимые для моделирования реальных молекул, сохранив при этом высокую точность. Для уменьшения количества измерений они исключили из расчетов электроны, не влияющие на химические свойства, сократили число кубитов, сгруппировали операторы и упростили квантовые схемы.
Сначала эти изменения протестировали на простых молекулах, а затем применили к более сложным — метиламину и муравьиной кислоте, которые играют значимую роль в биологии, а также в фармацевтической, текстильной и пищевой промышленности. В итоге число двухкубитных операций, ранее доходящее до 600 тысяч, удалось сократить до примерно 12 тысяч, при этом точность расчетов осталась на необходимом уровне.
«Исследование позволило не только сократить сложность квантовых расчетов, но и сделало возможным моделирование органических молекул в условиях, которые соответствуют потенциалу квантовых компьютеров, которые будут доступны в ближайшее время. В перспективе квантовые вычисления станут рабочим инструментом для решения реальных задач в науке и промышленности — поиск перспективных лекарственных молекул, проектирование новых катализаторов для ускорения химических реакций, разработка эффективных материалов для аккумуляторов и топливных ячеек и так далее», — отметил руководитель исследования, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, PhD Алексей Федоров.
По словам ученых, метод уже адаптирован к возможностям современных устройств и приближает квантовые вычисления к решению реальных промышленных задач.
Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030».
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
