Onderzoekers van Google hebben met een quantumcomputer voor het eerst een chemische reactie gesimuleerd. Weliswaar een simpele, maar dit is de eerste stap in de richting van een praktische toepassing van deze beloftevolle rekenbeesten.
Omdat atomen en moleculen de wetten van de quantummechanica volgen, denken onderzoekers dat je voor de precieste simulaties het beste een quantumcomputer kunt gebruiken. Deze computers gebruiken quantumbits, of qubits, om informatie op te slaan en berekeningen uit te voeren. Quantumcomputers hebben er echter moeite mee om de precisie te behalen die nodig is om grote atomen of chemische reacties te simuleren.
Een team van Google heeft nu met hun Sycamore-apparaat de eerste nauwkeurige quantumsimulatie van een chemische reactie uitgevoerd. Sycamore behaalde in 2019 quantumsuperioriteit toen het een berekening uitvoerde waar gangbare computers een onpraktische hoeveelheid tijd voor nodig zouden hebben.
Grote stap
Voor dit nieuwste kunstje simuleerden de onderzoekers een diazeenmolecuul, bestaande uit twee stikstofatomen en twee waterstofatomen, die een reactie ondergaat. Daarbij komen de waterstofatomen in een andere configuratie om hun stikstofpartners te zitten. De quantumsimulatie was in overeenstemming met simulaties die de onderzoekers op klassieke computers uit hadden gevoerd om het werk van de quantumcomputer te checken.
Hoewel deze reactie relatief eenvoudig is, en een quantumcomputer niet noodzakelijk is om hem te simuleren, is dit onderzoek wel degelijk een grote stap voorwaarts, zegt Ryan Babbush van Google.
Opschalen
‘We maken chemische quantumberekeningen nu op een fundamenteel andere schaal’, zegt hij. ‘Het eerdere onderzoek bestond uit berekeningen die je bij wijze van spreken met pen en papier zou kunnen doen. Voor wat we hier laten zien heb je absoluut een computer nodig.’
Dit algoritme opschalen om complexere reacties te kunnen simuleren, zou relatief eenvoudig moeten zijn, zegt Babbush. Het simuleren van reacties in grotere moleculen vereist simpelweg meer qubits en kleine aanpassingen aan de berekening. Op een dag zullen we met dit soort quantumsimulaties mogelijk zelfs nieuwe chemische stoffen kunnen ontwikkelen, zegt hij.
