IBM hat seinen Quantum-Computer benutzt, um ein Molekül zu simulieren

Wir sind gerade ein wenig näher an den Bau eines Computers herangekommen, der einen großen Teil der Chemiewelt und viele andere Bereiche revolutionieren kann. Ein Forscherteam von IBM hat mit ihrem Quantencomputer IBM Q erfolgreich die molekulare Struktur von Berylliumhydrid (BeH2) präzise simuliert. Es ist das komplexeste Molekül, wenn man die volle Quantensimulationsbehandlung betrachtet.

Bei der molekularen Simulation geht es darum, den Grundzustand eines Wirkstoffs zu finden - seine stabilste Konfiguration. Klingt einfach genug, besonders für ein kleines altes Drei-Atom-Molekül wie BeH2. Um den Grundzustand eines Moleküls wirklich zu kennen, muss man jedoch simulieren, wie jedes Elektron in jedem Atom mit allen Kernen der anderen Atome interagiert, einschließlich der seltsamen Quanteneffekte, die auf so kleinen Skalen auftreten. Dies ist ein Problem, das exponentiell härter wird, je größer das Molekül ist.
Während heutige Supercomputer heute BeH2 und andere einfache Moleküle simulieren können, stoßen sie schnell an ihre Grenzen. Forscher, die versuchen möchten, neue molekulare Verbindungen für Dinge wie bessere Batterien und lebensrettende Medikamente zu finden, simulieren diese, um zu sehen wie sich ein unbekanntes Molekül verhalten könnte. Das Ergebnis testen sie dann in der realen Welt und prüfen, ob es wie erwartet funktioniert.

Das Versprechen des Quantencomputing besteht darin, diesen Prozess erheblich zu vereinfachen, indem die Struktur eines neuen Moleküls genau vorhergesagt wird und die Wechselwirkungen mit anderen Verbindungen vorhergesagt werden. In der in Nature (paywall) veröffentlichten und auch auf Arxiv (PDF) verfügbaren Arbeit hat das IBM-Team gezeigt, dass sie mit einem neuen Algorithmus den Grundzustand von BeH2 auf seinem Siebenqubit-Chip berechnen kann.

Das ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu immer komplexeren molekularen Simulationen mit Hilfe von Quantencomputern, der letztlich zu kommerziell wichtigen Durchbrüchen führen wird.

Schon jetzt, wie das Forscherteam in seinem Blog-Beitrag über die Arbeit feststellt, bietet IBM als kostenlosen Cloud-Service den Zugriff auf einen  16 Qubit Quantencomputer an. Je mehr Qubits ein Chip hat - also Quantenbits, die zur Codierung von Daten in mehreren Zuständen gleichzeitig verwendet werden können - desto größer ist die Komplexität der Berechnungen, die er handhaben kann. Zumindest theoretisch. Eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von Quantencomputern ist, dass Qubits in ihrem heiklen Quantenzustand lange genug bleiben, um Berechnungen durchführen zu können. Je mehr Qubits ein Chip hat, desto schwieriger war es für die Forscher.

 Quantencomputer über treffen klassische Computer noch nicht, aber der Tag rückt näher. Einige Beobachter glauben, dass ein Chip mit 50 Qubits ausreichen würde, um dorthin zu gelangen. Und obwohl die Chemie von solchen Fortschritten immens profitieren wird, ist es nicht das einzige Feld. Quantencomputer werden als Superstars bei Optimierungsproblemen aller Art angesehen, die große Fortschritte in der künstlichen Intelligenz vorantreiben und Unternehmen bei der Bereitstellung von Paketen an Kunden unterstützen sollen.

Quelle: technologyreview.com IBM