量子计算机联手超级计算机模拟迄今最大分子
模拟的大分子包含12635个原子。
本报讯 量子计算机最具前景的应用方向之一是模拟蛋白质，助力新药研发，但目前量子计算机太容易出错，无法完成这项工作。如今，在超级计算机的协同配合下，两台量子计算机打破了一项模拟纪录，成功确定了一个包含12635个原子的分子的性质。相关研究成果近日公布于arXiv。
要弄清药物分子的作用机制，我们必须确定它们的电子的量子态与能量。这是一个通常只能在常规计算机上大致解决的量子问题。
在这项研究中，美国克利夫兰医学中心、科技公司IBM与日本理化学研究所的研究人员组成的团队另辟蹊径，依托“掌握”量子物理学基本原理的量子计算机，研发出一种混合运算方案，能够将量子计算机和传统超级计算机结合起来，并用它们来模拟两个前所未有的大分子，其中一个分子是以往用量子计算机模拟的最大分子的40倍左右。
团队成员、克利夫兰医学中心的Kenneth Merz表示：“这一直是我的研究梦想，如今终于得以实现。”
研究团队使用了分别部署于日本理化学研究所与克利夫兰医学中心的两台IBM“苍鹭”量子计算机，以及两台全球顶尖超级计算机“富岳”与“雅比-G”。
研究人员选取了两种蛋白质与小分子的组合，即蛋白质-配体复合物作为模拟对象，后者已得到了充分研究，并且在生物医学领域常被用作基础研究范例。他们同时还在水中进行了模拟，使结果更贴近于实验室的真实环境。
现阶段的量子计算机实用价值有限，这是因为它们的体积相对较小，而这限制了算力，并且更容易出错。为此，该团队将分子模拟运算任务拆分给4台机器，仅用量子计算机计算出分子某些片段的特定性质，再将运算数据交由超级计算机处理，整个计算过程是在两类计算机之间进行的，时间超过100个小时。IBM的Jerry Chow表示，即便如此，这套混合方案依旧比没有量子计算机的情况下要快。
这次模拟还对分子的最低能量进行了测算，其精度已达到主流标准运算方法的水准，只是尚未形成绝对优势。
美国匹兹堡大学的刘俊宇（音）评价称：“该研究给出了一些极具参考价值的东西，即依托现有硬件推进实用的量子计算的步骤。实验的规模确实令人印象深刻。”
刘俊宇认为，在研制出低错误率的量子计算机之前，这类混合运算模式值得大力推广。但目前仍存在一个悬而未决的问题：暂时无法通过严格的数学论证，证实这种混合方案在任何场景下都能保证优异的性能，即所谓的量子优势。
Chow表示，这次创纪录的大分子模拟仅是第一步，且不是决定性的。“当下，整个行业都在不断突破现有技术边界。最让人振奋的是，量子计算实用化之路才刚刚开始。”（王方）
相关论文信息：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2605.01138