انقلاب در شیمی با کامپیوترهای کوانتومی
اگر شما فکر می کنید که درک محاسبات فیزیک کوانتومی برای شما بسیار دشوار است، باید بدانید که ذهن شما مشکلی ندارد زیرا این محاسبات حتی برای سوپرکامپیوترها نیز بسیار سخت و طاقت فرسا هستند. با این حال دانشمندان به تازگی توانسته اند تا با استفاده از کامپیوترهای کوانتومی به سراغ بهبود این روند رفته و محاسبات پیچیده این نوع از فیزیک را به کامپیوترهای کوانتومی واگذار کرده اند.
در حالی که مدل سازی سیستم های شیمیایی بزرگ در کامپیوترهای عادی تقریبا غیرممکن به حساب می آید، مدارهای کوامنتومی می توانند از عهده این کار بربیایند. برای نمونه تنها با استفاده از 100 بیت کوانتومی قابل اعتماد می توان مدل فرایندی که باکتری ها در آن در محیطی با دمای عادی به باروری می رسند را شبیه سازی کرد.
این تیم تحقیقاتی که تحت نظارت یک دانشمندان بزرگ دانشگاه هاروارد به نام لاورنس برکرلی در آزمایشگاه های ملی آمریکا انجام شده است. علت استفاده از کامپیوترهای کوانتومی نیز این بوده است که به کمک آنها می توان در مدارهای فوق سرد کوامنتومی، به بررسی بسیار دقیق فعل و انفعالات شیمیایی دست زد. نتیجه این امر به موارد مهمی مانند سلول های خورشیدی بهبود یافته و یا ابزارهای الکترونیکی انعطاف پذیر و … منتهی خواهد شد.
فعل و انفعالات شیمیایی به ذات خود از نوع کوانتومی هستند و تیم سازنده این سیستم بر اساس گفته ای از دانشمند بزرگی به نام ریچارد فینمن عمل کرده اند. فین من در یکی از جمله های مشهور خود می گوید: «طبیعت به هیچ عنوان کلاسیک و سنتی نیست.» این امر را می توان به سادگی بر اساس گفته های بلاگ آزمایشگاه های گوگل درک کرد: سیستم های مولکولی ناشی از وضعیت انطباق کوانتومی بسیار پیچیده، برای ارائه شدن به صورت دقیق به منابع متعدد کامپیوتر (سخت افزار و نرم افزار) نیاز دارند.
در این مرحله است که کامپیوتر کوانتومی ویژه ای به نام Xmon به کار می آید. این کامپیوتر ویژه که عکس آن را در ابتدای خبر مشاهده می کنید، به عنوان یک سیستم VQE یا حل کننده دقیق متغیرهای کوانتومی شناخته می شود و در حقیقت سیستمی مشابه با شبکه های عصبی کلاسیک را ارائه می کند.
تفاوت کار در این است که شبکه های عصبی ویژه ای مانند پروژه دیپ مایند گوگل، برای دل سازی داده های کلاسیک باید برنامه ریزی شوند ولی یک VQE باید برای مدل سازی داده های کوانتومی برنامه ریزی گردد. به این ترتیب بیت های کوانتومی می توانند به صورت بهینه ای در سطح عملکرد امواج مولکولی ارائه شوند.
این تیم تحقیقاتی برای اثبات عملکرد این سیستم به سراغ محاسبه انرژی مولکول H2 یا هیدروژن رفتند و برای این کار از یک کامپیوتر کیوبیتی استفاده کرده و آن را با نمونه های دیگر و الگوریتم های کلاسیک مقایسه کرده اند. نتیجه به دست آمده تقریبا نزدیک به تکامل بود و پتانسیل بالای این روش را نشان می داد. یکی از مزایای بزرگ این روش بر اساس اطلاعات به دست آمده از سوی این تیم این است که این سیستم در برابر خطاهای سیستمی بسیار نیرومند عمل می کنند.
در حالی که مدل سازی سیستم های شیمیایی بزرگ در کامپیوترهای عادی تقریبا غیرممکن به حساب می آید، مدارهای کوامنتومی می توانند از عهده این کار بربیایند. برای نمونه تنها با استفاده از 100 بیت کوانتومی قابل اعتماد می توان مدل فرایندی که باکتری ها در آن در محیطی با دمای عادی به باروری می رسند را شبیه سازی کرد.
منبع: engadget
ترجمه: آناهیتا عیوض خانی
No tags for this post.
