Ученые из Российского квантового центра использовали квантовые алгоритмы для моделирования ряда молекул, в том числе O2, CO и CO2, участвующих в процессах окисления угарного газа. В перспективе полученные результаты могут быть применены при разработке технологии снижения выбросов угарного газа. Исследование опубликовано в авторитетном научном журнале Communications Physics издательства Nature.
Моделирование сложных квантовых систем для их последующего использования в промышленности и фармацевтике — одна из наиболее труднореализуемых задач в квантовой химии. Вычислительная мощность классических компьютеров и суперкомпьютеров не позволяет рассчитать свойства больших молекул с высокой точностью. В то же время применение квантовых вычислительных устройств пока что сопряжено с высоким уровнем ошибок и шумов.
В ходе работы над проектом ученым удалось реализовать гибридный подход, который сочетает расчеты на классическом и квантовом вычислителях. Команда проанализировала множество реализаций квантового вариационного алгоритма ADAPT-VQE и предложила его модификацию, позволяющую значительно сократить требуемые для моделирования ресурсы, в частности, требующееся количество измерений. Это позволило смоделировать набор молекул, участвующих в процессах окисления монооксида углерода, с использованием симулятора 20-кубитного квантового процессора.
«Квантовая химия — одно из наиболее активно исследуемых направлений для демонстрации полезного квантового превосходства. Практическую значимость квантово-химического моделирования трудно переоценить: такие задачи возникают в широком спектре областей от фармакологии до нефтегаза. Сегодня мы обсуждаем возможности сотрудничества в области квантовой химии с автопроизводителями Китая и Индии. Стоит отметить, что подобного рода задачи требуют не только развития «железа», но и работу над квантовыми алгоритмами. Именно квантовые алгоритмы и программное обеспечение — основной фокус проекта QBoard, спин-оффа Российского квантового центра», — подчеркнул Алексей Федоров, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра.
