量子計算與傳統超算聯袂模擬分子行為

科技日報北京7月7日電 （記者劉霞）美國IBM公司與日本理化學研究所科學家攜手，讓量子計算機與超級計算機聯合，成功模擬了多種分子的量子行為。這項發表於《科學進展》和《物理化學B》雜誌的研究成果，為化學及藥物研發開闢了新路徑。

在醫療和工業催化領域，預測分子反應行為的關鍵在於解析其電子量子態。量子計算機雖能加速這一計算過程，但現有技術仍存在誤差隱患，而傳統超級計算機恰好能及時捕捉並修正這些誤差。

在最新研究中，科學家們讓IBM“鷺”量子計算機與日本的“富嶽”超級計算機“聯袂演出”，並通過空間量子動力學算法，在127個量子比特的協同下，成功模擬了氮分子及兩種鐵硫化合物的量子態。這些模擬的創新之處在於：量子計算機負責核心運算，超級計算機則扮演“質檢員”角色——當“鷺”的計算結果出現電子數異常時，“富嶽”會立即剔除錯誤數據，指導量子計算機重新計算。

IBM量子計劃副總裁傑·甘貝塔評價道，這種混合模式雖暫未超越超級計算機的獨立性能，但已展現出與傳統方法分庭抗禮的實力。計算化學領域權威、美國克利夫蘭診所肯尼思·莫瑞茲教授也表示，其團隊開發的空間量子動力學算法改良版已能模擬溶液環境中的分子，這使化學實驗建模更貼近現實。他預言，算法優化後，量子—經典計算機組合有望在一年內展現顯著優勢。

與此同時，科技巨頭英偉達也已開發出支持混合計算的軟件平台。微軟公司強調，量子計算、超級計算與人工智能的“三重奏”，將重塑化學和材料科學。

不過，蘇黎世聯邦理工學院馬庫斯·雷埃教授持審慎態度。他表示，實驗的結果令人鼓舞，但這種方法能否成為進行量子化學計算的首選，仍需觀察其在大分子模擬中的表現。

目前，日本理化學研究所實驗室已升級搭載錯誤率更低的IBM新型量子處理器。研究團隊正雙管齊下：既優化空間量子動力學算法，又提升“鷺”與“富嶽”的協同效率。