Група дослідників досягла важливої віхи в обчислювальній хімії: успішно змоделювала властивості молекули, що складається з 12635 атомів. Цей прорив був здійснений не за рахунок окремого квантового комп’ютера, а завдяки гібридному підходу, який задіяє унікальні переваги як квантових процесорів, так і традиційних суперкомп’ютерів.
Даний розвиток подій стає критичним кроком на шляху використання квантових обчислень для розробки ліків. Хоча квантові комп’ютери теоретично ідеально підходять для моделювання складних квантових станів електронів у білках, на даний момент вони не мають достатньої стабільності та масштабу для вирішення таких завдань самостійно. Поєднавши ресурси, команда продемонструвала, що практичний прогрес можливий навіть із використанням сьогоднішнього недосконалого обладнання.
Гібридний підхід до вирішення квантових завдань
Моделювання молекул лікарських засобів вимагає точного розрахунку квантових станів та енергій їх електронів. На класичних комп’ютерах ці розрахунки часто є приблизними та погано справляються зі складністю завдань. Квантові комп’ютери, що працюють на принципах квантової механіки, природно пристосовані для такої роботи. Однак сучасні квантові пристрої малі та схильні до помилок, що обмежує їхню самостійну корисність.
Щоб подолати ці обмеження, дослідники з Клівлендської клініки, IBM та японського інституту RIKEN розробили гібридний робочий процес. Вони розподілили обчислювальне навантаження між двома квантовими комп’ютерами IBM Heron і двома з найпотужніших суперкомп’ютерів у світі – Fugaku і Miyabi-G.
Процес включав складний обмін даними:
* Квантові комп’ютери: Виконували специфічні складні розрахунки для фрагментів молекули.
* Суперкомп’ютери: Обробляли ширші структурні дані та інтегрували результати.
Це спільне зусилля тривало понад 100 годин, у результаті було змодельовано структуру двох «білково-лігандних комплексів» — комбінацій білка та малої молекули, які є фундаментальними для біомедичних досліджень. Команда також змоделювала молекули у шарі води, додавши рівень реалізму, що відображає лабораторні умови.
Чому це важливо: Зближення розриву з практичним застосуванням
Молекула, змодельована в цьому дослідженні, приблизно в 40 разів більше попереднього рекордсмена серед квантово-асистованих симуляцій. Хоча точність результатів була порівнянна зі стандартними методами, а не однозначною чудовою, досягнення полягає в його здійсненні.
«Це була моя мрія, і ось ми тут», — сказав Кеннет Мерц із Клівлендської клініки, розмірковуючи про давно поставлену мету використання квантових технологій для отримання біомедичних даних.
Джеррі Чоу з IBM зазначив, що гібридний процес, ймовірно, був швидшим, ніж якби використовувалися тільки суперкомп’ютери, припускаючи, що квантове обладнання вже надає цінність для конкретних частин розрахунку. Це кидає виклик уявленню про те, що ми повинні чекати на ідеальні, вільні від помилок квантові комп’ютери, перш ніж побачимо практичну користь.
Експертна думка: Прогрес amidst невизначеності
Наукове співтовариство розглядає цю роботу як значний, але йогопервісний крок. Джунью Лю з Університету Піттсбурга похвалив команду за пропозицію «практичних кроків до корисних квантових обчислень із використанням обладнання, яке фактично використовується». Він назвав масштаб експерименту «справді вражаючим».
Однак Лю також підкреслив відкрите питання: чи може цей гібридний метод бути математично доведений як той, що гарантує чудову продуктивність — відому як квантова перевага — у всіх випадках. На даний момент підхід є мостом, роблячи квантові комп’ютери корисними, перш ніж вони стануть повністю захищеними від помилок.
Як наголосив Чоу, цей рекорд не є остаточною точкою, а початком. Область знаходиться у фазі просування кордонів можливого, і, ймовірно, попереду більш захоплюючі розробки.
Висновок
Ця гібридна симуляція демонструє, що квантові комп’ютери вже можуть робити внесок у вирішення складних наукових завдань при поєднанні з класичними суперкомп’ютерами. Хоча повна квантова перевага залишається майбутньою метою, цей прорив доводить, що практичні великомасштабні молекулярні симуляції знаходяться в межах досяжності сьогодні.
