Может ли 2026 год стать годом, когда мы начнем использовать квантовые компьютеры в химии?

Понимание химических свойств молекулы — это по своей сути квантовая задача, поэтому квантовые компьютеры являются хорошим инструментом для этой работы, и мы можем увидеть начало их развития в 2026 году.

Способны ли квантовые компьютеры на самом деле решать практические проблемы — это один из самых важных нерешенных вопросов этой растущей отрасли, на который, возможно, ответят исследователи в области промышленной и медицинской химии в 2026 году.

Расчет структуры, реакционной способности и других химических свойств молекулы — это, по сути, квантовая задача, поскольку она включает в себя ее электроны, которые являются квантовыми частицами. Но чем сложнее молекула, тем сложнее становятся эти вычисления, в некоторых случаях представляя собой настоящую проблему даже для традиционных суперкомпьютеров.

С другой стороны, поскольку квантовые компьютеры по своей сути являются квантовыми, они должны иметь преимущество при решении задач, связанных с химическими вычислениями. И по мере того, как квантовые компьютеры становятся все больше и их легче интегрировать с традиционными компьютерами, мы все чаще видим, как их используют именно в этих целях.

Например, в 2025 году исследователи из IBM и японского научного института RIKEN использовали квантовый компьютер и суперкомпьютер для моделирования нескольких молекул. Исследователи из Google разработали и протестировали алгоритм квантовых вычислений, помогающий выявить структуру молекул. Исследователи RIKEN также объединились с компанией Quantinuum, специализирующейся на квантовых вычислениях, чтобы разработать алгоритм вычисления энергии молекул таким образом, чтобы квантовый компьютер обнаруживал собственные ошибки. Наконец, стартап Qunova Computing, занимающийся разработкой квантового программного обеспечения, уже предоставляет алгоритм, который частично использует квантовый компьютер для вычисления этих энергий, и утверждает, что он примерно в 10 раз эффективнее, чем более традиционные методы.

В 2026 году следует ожидать значительного увеличения числа подобных разработок по мере появления более мощных квантовых компьютеров. «Появление более крупных машин позволит нам разработать более мощные версии этого [существующего] рабочего процесса, и в конечном итоге мы сможем решать общие проблемы квантовой химии», — говорит Дэвид Муньос Рамо из Quantinuum. Пока его команда занималась только молекулой водорода, но он говорит, что в будущем могут появиться более сложные структуры, такие как катализаторы, ускоряющие реакции, имеющие промышленное значение.

Другие исследовательские группы готовятся к аналогичной работе. Например, в декабре Microsoft объявила о сотрудничестве со стартапом Algorithmiq, занимающимся разработкой квантового программного обеспечения, с явной целью более быстрой разработки алгоритмов квантовой химии. Фактически, исследование индустрии квантовых вычислений, проведенное Hyperion Research, показало, что химия является ведущей областью, в которой производители и покупатели квантовых компьютеров ожидают прогресса и успеха в следующем году. В двух предыдущих ежегодных опросах квантовая химия занимала второе и четвертое места среди наиболее перспективных областей применения квантовых вычислений соответственно, поэтому наблюдается устойчивый рост интереса и инвестиций в эту область.

В конечном итоге, однако, вычисления в квантовой химии по-настоящему не получат развития, пока квантовые компьютеры не станут безошибочными или отказоустойчивыми — то, что также тормозит другие применения этих экзотических устройств. «Способность квантового компьютера решать задачи быстрее, чем классический компьютер, зависит от отказоустойчивого алгоритма», — написали Филипп Шляйх и Алан Аспуру-Гузик из Университета Торонто в недавней статье о квантовых вычислениях и химии в журнале Science. К счастью, достижение отказоустойчивости — это единственная цель, с которой согласны все производители квантовых компьютеров по всему миру.

Источник: www.newscientist.com