ฉันได้จำลองโมเลกุลด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม ตอนนี้อะไร?

ฉันได้จำลองโมเลกุลด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม ตอนนี้อะไร? RPA ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยในทีม IBM Quantum ได้จำลองสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลลิเธียมไฮไดรด์และเบริลเลียมไฮไดรด์บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำเร็จ วิศวกรควอนตัมคิดว่าวันหนึ่ง คอมพิวเตอร์ควอนตัมอาจเอาชนะคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกในการคำนวณแบบนี้ แต่นักเคมีจะทำอะไรกับข้อมูลนี้จริง ๆ ? ระบบจัดการภายใน คอมพิวเตอร์คลาสสิกสะดุดเมื่อต้องจำลองพฤติกรรมของโมเลกุลอย่างแม่นยำ เนื่องจากทรัพยากรที่ใช้ในการจำลองการจำลองเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามขนาดของโมเลกุล แต่อัลกอริธึมควอนตัมบางตัวดูเหมือนจะมีศักยภาพในอนาคตสำหรับการเร่งความเร็วสำหรับปัญหาทางเคมีเหล่านี้ การเพิ่มความเร็วนั้นยังรออยู่ไม่ไกลนัก แต่คุณสามารถคำนวณปัญหาของเล่นได้แล้วโดยใช้อัลกอริธึมที่ออกแบบมาสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบัน ซึ่งก็คือควอนตัมไอเกนโซลเวอร์ (VQE) ที่แปรผัน นักเคมีบางคนกำลังนึกภาพโลกที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเพียงส่วนหนึ่งของขั้นตอนการทำงานประจำวันของพวกเขา“คอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นเครื่องมือที่ไม่เหมือนใครสำหรับการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ ซึ่งแตกต่างไปตามวิธีการคำนวณ” เจมี่ การ์เซีย ผู้จัดการอาวุโสด้านแอปพลิเคชันควอนตัม อัลกอริธึมและทฤษฎีของ IBM Research กล่าวทำไมเราถึงสนใจเรื่องนี้?สมมุติว่านักเคมีต้องการสังเคราะห์พอลิเมอร์ชนิดใหม่ที่มีความแข็งแรงมาก วันนี้พวกเขาจะเริ่มต้นด้วยการค้นหาวรรณกรรมเพื่อค้นหาว่าสารเคมีชนิดใดที่ทำให้พอลิเมอร์ที่แข็งแรงในอดีต จากนั้นพวกเขาจะค้นหาว่าปฏิกิริยาใดที่อาจก่อให้เกิดวัสดุที่แข็งแรงกว่า ดูว่ามีใครบ้างที่ลองใช้ปฏิกิริยาเหล่านี้ และสภาพแวดล้อม อุณหภูมิ และตัวแปรอื่นๆ ในการตั้งค่าห้องปฏิบัติการของพวกเขาเป็นอย่างไร โดยใช้สัญชาตญาณ พวกเขารวมการค้นหาวรรณกรรมและความคิดสร้างสรรค์เล็กๆ น้อยๆ เพื่อทำปฏิกิริยาเชิงทดลอง และดูว่าผลลัพธ์ที่ได้คือพอลิเมอร์ที่แข็งแกร่งที่พวกเขาหวังไว้หรือไม่ หากพวกเขาทำไม่สำเร็จ พวกเขาจะลองอย่างอื่น หากพวกเขาทำสำเร็จ พวกเขาจะนำสมุดบันทึกสำหรับห้องปฏิบัติการของพวกเขาไปหานักเคมีเชิงคำนวณ และพูดว่า เกิดอะไรขึ้นระหว่างสารเคมีเหล่านี้เพื่อผลิตโพลีเมอร์ที่แข็งแรงนี้ และฉันจะทำให้มันแข็งแกร่งขึ้นได้อย่างไรแต่จอกศักดิ์สิทธิ์สำหรับนักเคมีน่าจะเป็นถ้าคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถพลิกสคริปต์ได้ การ์เซียอธิบาย เจาะลึกลงไปในวิทยาศาสตร์ ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อได้รับการสนับสนุนอย่างกระฉับกระเฉง หมายความว่าพลังงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะต่ำกว่าพลังงานของสารเคมีที่คุณผสมเข้าด้วยกัน และอุปสรรคด้านพลังงานที่จะไปถึงผลิตภัณฑ์นั้นต่ำพอที่จะเอาชนะ

นักวิจัยสร้างวัสดุควอนตัมโดยใช้ 53-Qubit IBM Quantum Processor และ Qiskit

นักวิจัยสร้างวัสดุควอนตัมโดยใช้ 53-Qubit IBM Quantum Processor และ Qiskit RPA ทีมงานของมหาวิทยาลัยชิคาโกได้สร้างวัสดุควอนตัมที่เรียกว่าคอนเดนเสท exciton โดยใช้ตัวประมวลผล IBM Quantum Hummingbird 53 บิตตามรายงานฉบับใหม่ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการใช้งานที่น่าตื่นเต้นสำหรับอุปกรณ์ควอนตัมในระยะสั้นสำหรับนักฟิสิกส์ ระบบจัดการภายใน คอนเดนเสทก่อตัวขึ้นเมื่อกลุ่มอะตอมหรืออนุภาคยุบตัวลงในสถานะควอนตัมเดียวกัน ดังนั้นปรากฏการณ์ทางกลของควอนตัมที่มักจะจำกัดอยู่ที่อนุภาคเดี่ยวจึงสามารถอธิบายทั้งระบบได้ แม้ว่าคุณอาจคุ้นเคยกับคอนเดนเสทของ Bose-Einstein มากที่สุด แต่คอนเดนเสทยังสามารถเกิดขึ้นได้จาก exciton ซึ่งเป็นสถานะที่ถูกผูกไว้ของอนุภาคที่มีประจุบวกกับรูที่มีประจุตรงข้ามกัน ซึ่งรูเป็นเพียงตำแหน่งที่ไม่ต่อเนื่องในตัวกลางที่มีประจุเนื่องจากขาด อนุภาคที่คาดหวัง ทีมงานไม่เพียงแค่ประสบความสำเร็จในการสร้างคอนเดนเสท exciton บนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวดเท่านั้น แต่ยังค้นพบพฤติกรรมใหม่ของวัสดุเหล่านี้ในขณะที่พวกมันก่อตัวกลุ่มของคอนเดนเสทที่มีขนาดเล็กลง การทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของคอมพิวเตอร์ควอนตัมในการแก้ไขปัญหาในระดับแนวหน้าของฟิสิกส์ แม้กระทั่งทุกวันนี้David Mazziotti ศาสตราจารย์ภาควิชาเคมีแห่งมหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าวว่า “เสียงเป็นสิ่งที่สอนเราใหม่ ๆคาดการณ์ครั้งแรกเมื่อห้าสิบปีที่แล้ว คอนเดนเสทของ exciton เป็นซุปเปอร์ฟลูอิด — คู่รูอนุภาคจะไหลโดยไม่สูญเสียพลังงานใดๆ ผ่านแรงเสียดทาน วันหนึ่งคุณสมบัติของ superfluid เหล่านี้อาจมีประโยชน์สำหรับการออกแบบสายไฟใหม่หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น นักฟิสิกส์เพิ่งผลิตคอนเดนเสท exciton เหล่านี้ และในบางระบบเท่านั้น เช่น ในแผ่นกราฟีนที่มีคาร์บอนเดี่ยวหนาสองชั้นซ้อนกันสองชั้นในสนามแม่เหล็กGraphene bilayers เป็นระบบที่ท้าทายในการผลิตคอนเดนเสท

เราได้อัปเดตหนังสือเรียน Qiskit ด้วยโฟกัสการศึกษาควอนตัมที่เน้นฮาร์ดแวร์เป็นหลัก

เราได้อัปเดตหนังสือเรียน Qiskit ด้วยโฟกัสการศึกษาควอนตัมที่เน้นฮาร์ดแวร์เป็นหลัก RPA ตั้งแต่ปี 2019 ตำรา Qiskitออนไลน์ได้ช่วยให้ผู้ใช้ทั่วโลกเข้าใจการคำนวณควอนตัมตั้งแต่แนวคิดหลักไปจนถึงผลลัพธ์ล่าสุดในภาคสนาม หนังสือเรียนโอเพ่นซอร์สที่เป็นรากฐานนี้เป็นปรัชญาที่เราสามารถเชี่ยวชาญหัวข้อได้ดีที่สุดผ่านการเรียนรู้แบบลงมือปฏิบัติ เพื่อจุดประสงค์นี้ หนังสือเรียน Qiskit ใช้ประโยชน์จากชุดพัฒนาซอฟต์แวร์ Qiskit ในการสำรวจวงจรควอนตัม อัลกอริธึม และแอปพลิเคชัน อย่างไรก็ตาม เรามีอีกมากที่เราอยากจะสอน — โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงฮาร์ดแวร์ควอนตัมจริง ระบบจัดการภายใน ระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบันและระยะใกล้ไม่ทนต่อความผิดพลาด ดังนั้นจึงได้รับผลกระทบจากสัญญาณรบกวนจากแหล่งต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้นการรันอัลกอริธึมควอนตัมและแอปพลิเคชันบนระบบควอนตัมทางกายภาพสามารถสร้างผลลัพธ์ที่แตกต่างอย่างมากจากสิ่งที่เราจะได้รับจากเครื่องจำลองแบบคลาสสิกในอุดมคติ การทำความเข้าใจรายละเอียดเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์ควอนตัมและทักษะการเรียนรู้เพื่อดำเนินการวงจรบนอุปกรณ์ที่มีเสียงดัง จะช่วยให้คุณใช้ประโยชน์จากพลังของคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้อย่างเต็มที่เรารู้สึกตื่นเต้นที่จะประกาศว่าเราได้ขยายหนังสือเรียน Qiskitด้วยสื่อการเรียนรู้เพิ่มเติมที่เน้นความเข้าใจและการใช้ระบบควอนตัมจริง ส่วนเนื้อหาใหม่เหล่านี้จะปรากฏเป็นCh6 การตรวจสอบฮาร์ดแวร์ควอนตัมโดยใช้คลื่นไมโครเวฟแนะนำให้ผู้เรียนทำการทดลองเกี่ยวกับควอนตัมออปติกพื้นฐานจากระยะไกลโดยใช้ Qiskit บนฮาร์ดแวร์ควอนตัมจริง และCh7 Quantum Computing Labsให้การออกกำลังกายแบบลงมือปฏิบัติบนระบบควอนตัมจริงการทำความเข้าใจพื้นฐานของควอนตัมฮาร์ดแวร์เราคิดว่าการคำนวณควอนตัมเป็นประตูที่ใช้วงจรควอนตัมเพื่อใช้อัลกอริทึมที่มีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับความเข้าใจในการเขียนโปรแกรมแบบคลาสสิกในฐานะการนำสมการบูลีนไปใช้ เรามักจะสรุปฟิสิกส์ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมดำเนินการเหล่านี้อย่างไร สิ่งนี้ช่วยให้เรามีความเข้าใจแบบเดียวกันเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัมโดยไม่คำนึงถึงกิริยาช่วยของฮาร์ดแวร์ควอนตัม (คิวบิตที่มีตัวนำยิ่งยวด ไอออนที่ติดอยู่ ฯลฯ) หรือการกำหนดค่า qubit เฉพาะที่ให้การดำเนินการ “ดั้งเดิม” อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การขาดความเข้าใจว่าฮาร์ดแวร์ควอนตัมจริงทำงานอย่างไร ซึ่งเราจำเป็นต้องเข้าถึงองค์ประกอบพื้นฐานของการควบคุมและการวัด — สำหรับตัวนำยิ่งยวด qubits สิ่งเหล่านี้คือสัญญาณไมโครเวฟที่

เริ่มตั้งแต่วันนี้ ทุกคนสามารถออกแบบฮาร์ดแวร์ควอนตัมด้วย Qiskit Metal

เริ่มตั้งแต่วันนี้ ทุกคนสามารถออกแบบฮาร์ดแวร์ควอนตัมด้วย Qiskit Metal RPA เราได้เปิดตัว Qiskit Metal อย่างเป็นทางการ ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สอัตโนมัติสำหรับการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีตัวนำยิ่งยวด เรารู้สึกตื่นเต้นที่ได้เห็นผลกระทบของ Qiskit Metal ในภาคสนาม อย่างไรก็ตาม เราได้เห็นผลลัพธ์ที่น่าทึ่งบางอย่างจากผู้เข้าร่วมทดลองใช้ก่อนเปิดตัวแล้ว ระบบจัดการภายใน การออกแบบและการจำลองอุปกรณ์ควอนตัมเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานและหลายขั้นตอนซึ่งแพร่กระจายไปทั่วชุดซอฟต์แวร์ที่ไม่ได้เชื่อมต่อหลายชุด เราหวังว่า Qiskit Metal จะปฏิวัติกระบวนการนี้ Qiskit Metal เป็นเครื่องมือออกแบบอิเล็กทรอนิกส์อัตโนมัติ (EDA) เครื่องแรกสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยเฉพาะ โดยมีเป้าหมายเพื่อช่วยให้ชุมชนสร้างสรรค์และออกแบบอุปกรณ์ควอนตัมตัวนำยิ่งยวดได้อย่างง่ายดายและตรงตามข้อกำหนดของตนเองโดยใช้ส่วนประกอบที่สร้างไว้ล่วงหน้าหรือแบบกำหนดเอง เราหวังว่า Qiskit Metal จะเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับนักวิจัยที่ทำงานเพื่อปรับปรุง qubits และ couplers หรือพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมใหม่ที่สร้างสรรค์ เราหวังว่า Qiskit Metal จะสามารถเป็นเครื่องมือทางการศึกษาที่มีประโยชน์สำหรับผู้ที่ต้องการเข้าใจฮาร์ดแวร์ควอนตัมได้ดีขึ้นกระบวนการออกแบบ Qiskit Metal เริ่มต้นด้วยแนวคิด ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์เฉพาะ Hamiltonian ซึ่งเป็นตัวดำเนินการที่อธิบายพลังงานและคุณสมบัติควอนตัม ผู้ใช้อาจต้องการสร้างอุปกรณ์ที่มีความถี่ qubit เฉพาะหรือ qubit-qubit coupling เป็นต้น พวกเขาเดาที่เลย์เอาต์แรก ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีใน Qiskit

ฉันเปลี่ยนไปใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในภายหลังในอาชีพของฉัน — นี่คือสิ่งที่มันเป็น

ฉันเปลี่ยนไปใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในภายหลังในอาชีพของฉัน — นี่คือสิ่งที่มันเป็น RPA ไม่ใช่ทุกคนที่สามารถเริ่มต้นการเดินทางด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้อย่างสดใหม่จากโรงเรียนมัธยมปลายหรือวิทยาลัย โดยทำงานให้กับชุดควอนตัมขนาดใหญ่หรือห้องปฏิบัติการวิจัย พวกเราบางคนไม่สามารถลงสนามได้จนถึงช่วงกลางหรือช่วงปลายอาชีพของเรา ระบบจัดการภายใน เมื่อสามสิบปีที่แล้ว ฉันเรียนวิชาอิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรรมวิทยุ-ฟิสิกส์ และโทรคมนาคมที่วิทยาลัยวิศวกรรมอันทรงเกียรติแห่งหนึ่งในอินเดีย ในเวลานั้น ฉันหลงใหลเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม ปัญญาประดิษฐ์ และโครงข่ายประสาทเทียมอยู่แล้ว สี่ปีหลังจากสำเร็จการศึกษา ฉันมาที่สหรัฐอเมริกาโดยหวังว่าฉันจะได้อยู่ในศูนย์กลางของการประมวลผลที่ทันสมัย ​​— แต่ที่น่าผิดหวังของฉัน มีคนไม่กี่คนที่เคยได้ยินเกี่ยวกับความก้าวหน้าด้านคอมพิวเตอร์เหล่านี้ในเมืองที่ฉันทำงานครั้งแรก และภาคสนาม ท่ามกลาง “ฤดูหนาวของ AI” ซึ่งเป็นช่วงที่ดอกเบี้ยลดลง ดังนั้น แทนที่จะทำให้ฉันหิวโหยในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ฉันกลับต้องยุ่งอยู่กับการอยู่ในประเทศใหม่นี้ รักษาวีซ่า และหาเลี้ยงชีพโดยส่วนใหญ่ทำงานด้วยซอฟต์แวร์เกี่ยวกับบัญชีและซัพพลายเชนฉันใช้ชีวิตนี้จนถึงเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา – ฉันคิดว่าแม้จะฝึกวิชาฟิสิกส์ แต่ในที่สุดฉันก็จะเกษียณในฐานะที่ปรึกษาการบัญชีน้ำมันและก๊าซ แต่แล้วบางสิ่งที่ไม่คาดคิดก็เกิดขึ้นจากแหล่งที่ไม่น่าเป็นไปได้ นั่นคือ ลูกๆ ของฉัน ฉันอาศัยอยู่ในสิงคโปร์กับครอบครัวในขณะทำงานด้านการวางแผนทรัพยากรองค์กร (ERP) อยู่มาวันหนึ่ง ฉันกำลังเล่าให้ลูกสาวฝาแฝดวัย 10 ขวบของฉันฟังเรื่องที่น่าสนใจที่พวกเขาอาจศึกษาและเปิดวิดีโอให้พวกเขาดูบน YouTube และสังเกตเห็นวิดีโอที่เกี่ยวข้อง แม้ว่าฉันจะไม่ได้ให้ความสนใจกับ AI มากนักจนถึงจุดนั้น แต่ฉันก็ตระหนักว่าความก้าวหน้าที่ฉันรู้สึกตื่นเต้นมากในช่วงต้นของอาชีพการงานของฉัน บัดนี้กลายเป็นสินค้าที่ผู้บริโภคต้องเผชิญอย่างแพร่หลาย ด้วยความสนใจจำนวนมหาศาล ตอนนี้ฉันอายุสี่สิบต้นๆ ได้ไหม กลับมาสู่สนามที่เคยสนใจ?