克利夫蘭診所的一台 IBM 量子計算機，是用於模擬破紀錄的大分子的兩台計算機中的一台。
金凱德/IBM
量子電腦最有前景的應用之一是對蛋白質進行建模，這可以幫助我們發現新藥，但目前這些設備對於這項任務來說太容易出錯。然而，在超級電腦的幫助下，兩台量子電腦現在打破了模擬記錄——確定了具有 12,635 個原子的分子的屬性。
為了理解藥物分子的行為，我們需要確定其電子的量子態和能量，這是一個通常只能透過傳統電腦近似解決的量子問題。
俄亥俄州克利夫蘭診所、美國科技公司 IBM 和日本理化學研究所 (RIKEN) 的研究人員合作轉向量子計算機，預設情況下，量子計算機會「講」量子物理學。他們開發了一種將量子電腦和傳統超級電腦結合的混合方法，並用它來模擬兩種前所未有的大分子，其中一個比量子電腦模擬的最大分子大約 40 倍。
「這是我的夢想，我們來了，」克利夫蘭診所的團隊成員肯尼斯·默茨 (Kenneth Mertz) 說。
研究人員使用了兩台 IBM Heron 量子計算機，一台位於 RIKEN，另一台位於克利夫蘭診所，以及兩台超級電腦 Fugaku 和 Miyabi-G，它們都是世界上最強大的計算機之一。對於這些分子，研究小組選擇了蛋白質和小分子的兩種組合，或“蛋白質-配體複合物”，默茨說，這兩種組合已得到充分研究，並且作為生物醫學科學中的基本示例而廣受歡迎。該團隊還在一層水中模擬了它們，使結果更接近模擬研究人員如何在實驗室中處理分子。
就其本身而言，量子電腦目前的用途有限，因為它們的尺寸相對較小，限制了處理能力，而且容易出錯。因此，該團隊將分子建模工作分配給四台機器，僅使用量子電腦來計算分子某些片段的具體屬性。然後結果被傳輸到超級計算機，所有計算都在兩種計算機之間進行了100多個小時。 IBM 的 Jerry Chou 表示，儘管如此，團隊相信這個過程比沒有量子硬體時還要快。該模擬還估計了最低分子能量，其精度可與一些更標準的方法相媲美，儘管並不明顯優於一些更標準的方法。
賓州匹茲堡大學的 Junyu Liu 表示，該團隊提供了一些很難找到的東西：使用已在使用的設備進行有用的量子計算的實際步驟。他補充道，“實驗的規模確實令人印象深刻。”
模擬分子有 12,635 個原子。
國際商業機器公司
劉還表示，應該鼓勵這種新方法，因為它可以讓量子電腦在變得防錯之前變得有用。然而，他說，問題仍然是是否可以從數學上證明，在某些情況下，混合方法總是能保證卓越的性能——一種量子優勢。
週說，雖然目前的工作顯示量子硬體在計算的某些部分可能會更好，但新的模擬結果只是第一步，而不是最終結果。 「現在有一股浪潮正在推動我們所能做的事情的界限，」他說。 “對我來說最有趣的是一切才剛剛開始。”
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