تحاكي أجهزة الكمبيوتر الكمومية أكبر جزيء موجود اليوم

أحد التطبيقات الواعدة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية هو نمذجة البروتينات، والتي يمكن أن تساعد في اكتشاف أدوية جديدة. ومع ذلك، لا تزال الأجهزة الكمومية الحديثة عرضة للخطأ في مثل هذه الحسابات. ومع ذلك، سجل اثنان من أجهزة الكمبيوتر الكمومية، المدعومة بأجهزة كمبيوتر عملاقة، رقمًا قياسيًا جديدًا – فقد قاما بالحساب خصائص جزيء مكون من 12635 ذرة.

لتحديد كيفية سلوك جزيئات الدواء المحتملة، من الضروري حساب الحالات الكمومية وطاقات إلكتروناتها. هذه مشكلة كمومية لا يمكن حلها غالبًا إلا على أجهزة الكمبيوتر التقليدية.

بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، فإن مثل هذه الحسابات هي عنصرها الطبيعي. لذلك قام علماء من كليفلاند كلينك، وIBM، ومعهد RIKEN للأبحاث الياباني بدمج الحوسبة الكمومية والتقليدية لنمذجة خصائص جزيئين كبيرين بشكل غير مسبوق باستخدام هذا النهج الهجين. تم نشر النتائج كطبعة أولية بتاريخ arXiv.

كلاهما – مجمعات البروتين يجند. ويوضح البروفيسور كينيث ميرتز، الذي يرأس مختبر الطب الحاسوبي في كليفلاند كلينك، أن مثل هذه الأزواج من البروتين والجزيئات الصغيرة تمت دراستها جيدًا وتكون بمثابة أمثلة كلاسيكية في العلوم الطبية الحيوية.

أحدها أكبر بنحو 40 مرة من الرقم القياسي السابق للجزيئات التي تمت محاكاتها على كمبيوتر كمي.

يعترف ميرز قائلاً: “لقد كان هذا حلمي منذ فترة طويلة – والآن أصبح حقيقة”.

تضمنت الحسابات جهازي كمبيوتر كمومي من نوع IBM Heron (أحدهما يعمل في RIKEN والآخر في العيادة)، بالإضافة إلى اثنين من أجهزة الكمبيوتر العملاقة – Fugaku وMiyabi-G، وهما من بين أقوى أجهزة الكمبيوتر في العالم. تم توزيع الحمل على النحو التالي: قامت أجهزة الكمبيوتر الكمومية بمحاكاة الخصائص الفردية لبعض أجزاء الجزيئات فقط؛ تم نقل النتائج التي تم الحصول عليها إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة، وكانت عملية الحوسبة بأكملها عبارة عن تبادل مستمر للبيانات بين نوعين من الآلات لأكثر من 100 ساعة.

وتبين أن هذا النهج أسرع من العمل بدون أجهزة كمومية، كما يؤكد جيري تشو من شركة IBM. بالإضافة إلى ذلك، قدمت الحسابات تقديرات للحد الأدنى من طاقة الجزيئات بدقة مماثلة لبعض الطرق التقليدية، وإن لم تكن متفوقة عليها بعد.

قدم المؤلفون ما كان مفقودًا بالفعل: خطوات حقيقية وعملية نحو الحوسبة الكمومية المفيدة على الأجهزة الموجودة، كما يقول عالم فيزياء الكم جونيو ليو من جامعة بيتسبرغ. ويضيف: “إن حجم التجربة مثير للإعجاب حقًا”.

يقوم ليو بتقييم النهج الهجين بطريقة إيجابية، على الرغم من أن هذا، في رأيه، يثير السؤال: هل من الممكن إثبات الميزة الكمومية لمثل هذا “التكافل” رياضيًا بشكل صارم؟

في بعض أجزاء الحساب، أظهرت الطريقة الهجينة التفوق، ولكن الرقم القياسي الجديد هو مجرد خطوة أولى، وليس محاولة للإثبات، كما يجيب تشاو. وخلص إلى القول: “هناك حركة قوية تجري الآن، وهي مجرد توسيع لحدود ما هو ممكن. والشيء الأكثر إثارة بالنسبة لي هو أن هذه مجرد البداية”.