Исследователи из НИТУ МИСиС и Казанского федерального университета представили оптимизированные квантовые алгоритмы, которые позволяют в десятки раз быстрее моделировать поведение электронов в молекулах. Это открывает новые возможности для разработки лекарств, катализаторов, аккумуляторов и других материалов. Результаты работы опубликованы в журнале Quantum Reports.
Исследователи предложили модификацию вариационного квантового алгоритма, который позволяет сократить количество операций, сохраняя точность расчетов. Учёные исключили из моделирования электроны, не влияющие на химические свойства, сократили число кубитов и упростили квантовые схемы. Это позволило уменьшить количество операций с 600 тысяч до 12 тысяч без потери точности.
В частности, тем, что при помощи физически обоснованных приближений получается значительно (на один-два порядка) снизить количество операций, которые несут в себе большую вероятность ошибки, без потери точности.
Технология уже протестирована на простых молекулах, таких как метиламин и муравьиная кислота, которые используются в фармацевтике, пищевой и текстильной промышленности. В перспективе алгоритм можно адаптировать для:
- Поиска новых лекарств – ускорение скрининга молекул-кандидатов.
- Разработки катализаторов – моделирование реакций для химической промышленности.
- Создания материалов для аккумуляторов – расчет свойств новых соединений.
Разработка в перспективе интересна для использования квантовых симуляций в задачах молекулярного дизайна, особенно с органическими соединениями, важными для фармацевтики и материаловедения.
Современная химия и материаловедение сталкиваются с задачами, требующими точного расчета электронной структуры молекул. Однако классические суперкомпьютеры не всегда справляются с такими вычислениями из-за их высокой сложности. Квантовые компьютеры теоретически способны решать подобные задачи эффективнее, но их практическое применение до сих пор ограничено из-за ошибок и высокой ресурсоемкости.
Результаты исследования были опубликованы в научном издании Quantum Reports. Исследование проводилось в контексте стратегического технологического проекта НИТУ МИСиС «Квантовый интернет», который реализуется в рамках программы «Приоритет-2030».
Читайте ещё материалы по теме:
Генеративный ИИ от российских учёных может ускорить анализ ДНК
Метод ускоренного дообучения нейросетей представлен исследователями из ВШЭ и AIRI
Новое слово в неинвазивной терапии рака: особые наночастицы были созданы учёными МИИ ИМ ЮФУ