最強(qiáng)計算組合刷新大分子模擬紀(jì)錄
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量子計算機(jī)最具前景的應(yīng)用方向之一,就是模擬蛋白質(zhì),助力新藥研發(fā)。但眼下這類設(shè)備誤差率仍然偏高。據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站5日報道,兩臺量子計算機(jī)與兩臺超級計算機(jī)協(xié)同作戰(zhàn),模擬了一個包含12635個原子的分子并確定了其性質(zhì),一舉打破了迄今用量子硬件模擬的最大分子紀(jì)錄。
要弄清藥物分子的作用機(jī)制和行為,就必須精準(zhǔn)鎖定其電子的量子態(tài)與能量,這本質(zhì)上是個量子力學(xué)問題,傳統(tǒng)計算機(jī)往往只能給出近似解。
為攻克這一難關(guān),美國克利夫蘭診所、IBM公司和日本理化學(xué)研究所研究人員將目光投向了量子計算機(jī)。他們提出了一種量子計算機(jī)與傳統(tǒng)超級計算機(jī)聯(lián)手的混合方法,并以此模擬了兩個前所未有的大分子,其中一個的規(guī)模,比此前用量子計算機(jī)模擬的最大分子大了約40倍。
團(tuán)隊動用了兩臺IBM“蒼鷺”量子計算機(jī),以及兩臺超級計算機(jī)“富岳”和“雅比-G”。他們選取了兩種蛋白質(zhì)與小分子的組合,即“蛋白質(zhì)-配體復(fù)合物”,這兩種復(fù)合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有深入研究,應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。
目前,單靠量子計算機(jī)本身,實用性仍然有限。一方面,量子比特數(shù)偏少,制約了計算能力;另一方面,它們極易出錯。于是,團(tuán)隊把分子模擬的工作一分為四,僅用量子計算機(jī)計算分子某些片段的特定性質(zhì),再將結(jié)果交付超級計算機(jī),整個計算在兩類機(jī)器之間來來回回,持續(xù)了100多個小時。
研究人員表示,這套混合方案的運(yùn)算速度優(yōu)于純傳統(tǒng)計算機(jī)方案。此次模擬還精準(zhǔn)測算出了分子的最低能量,其精度已可與部分主流傳統(tǒng)算法相媲美,盡管尚未取得絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。在量子計算機(jī)實現(xiàn)完全容錯之前,這類混合運(yùn)算模式值得大力推廣,有望提早釋放量子計算機(jī)的實用價值。然而,能否從數(shù)學(xué)上嚴(yán)格證明混合方法在特定場景下總能超越傳統(tǒng)方法,即具備所謂的量子優(yōu)勢,仍是一個懸而未決的問題。
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