Как квантовые компьютеры помогают исследовать полимеры

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Оффтопик

Квантовые компьютеры — это новая технология, которая обещает решать задачи, недоступные для классических компьютеров. Одна из таких задач — это моделирование полимерных материалов, которые играют важную роль в биологии и материаловедении. Полимеры — это длинные цепочки молекул, которые могут образовывать различные структуры и свойства в зависимости от того, как они скручиваются и связываются друг с другом. Например, ДНК — это полимер, который хранит генетическую информацию в виде спиральной лестницы. Симуляция полимеров на классических компьютерах требует большого количества вычислительных ресурсов, особенно если полимеры плотно упакованы или имеют большой размер.

Автор: Bing image creator

Недавно опубликованное исследование в журнале Science Advances показывает, как квантовые компьютеры могут быть использованы для открытия новых свойств полимерных систем. Исследовательская группа, состоящая из Кристиана Микелетти и Франческо Слонго из SISSA в Триесте, Филиппа Хауке из Университета Тренто и Пьетро Фаччиоли из Университета Милано-Бикокка, использовала математический подход, называемый QUBO (от англ. Quadratic Unconstraint Binary Optimization), который идеально подходит для специфических квантовых компьютеров, называемых «квантовыми аннигиляторами». Этот подход позволяет сформулировать задачу моделирования полимеров в виде поиска минимальной энергии в системе двоичных переменных, которые соответствуют различным конфигурациям полимерных цепочек. Квантовые аннигиляторы способны эффективно находить такие минимальные энергии с помощью квантовых флуктуаций.

Результат? Значительный прирост вычислительной производительности был получен с квантовыми компьютерами по сравнению с традиционными методами, что дает весомый пример огромного потенциала этих новых технологий. Замечательно, что подход QUBO оказался особенно эффективным даже при использовании на обычных компьютерах, позволяя исследователям обнаружить удивительные свойства симулируемых полимерных смесей. Например, они обнаружили, что полимерные цепочки могут образовывать кольца разной кривизны и размера, которые заполняют пространство без пересечений. Такие кольца могут иметь приложения в нанотехнологиях и биомедицине.

Автор: Bing image creator

Возможные последствия могут иметь большие перспективы, учитывая, что подход, использованный в исследовании, естественно подходит для переноса на многие другие молекулярные системы. Это открывает новые перспективы для разработки новых материалов с помощью квантовых компьютеров, которые могут иметь революционное влияние на науку и технологии.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как моряки запасали и добывали пресную воду до появления опреснителей

У дальних морских путешествий существовал предел, который не зависел от прочности корпуса или мастерства команды. Даже полностью исправный корабль приходилось возвращать к берегу, если в трюме...

Земля снова станет единым континентом: геофизики показали карту планеты через 250 млн лет

Континенты, которые на географических картах кажутся неподвижными, находятся в непрерывном перемещении. Земная кора разбита на жесткие литосферные плиты. Они скользят по более мягким и горячим...

Черная дыра массой всего 40 тонн способна выжить внутри звезды благодаря темной материи

В астрофизике существует класс объектов, чье долголетие само по себе служит точным физическим прибором. Это компактные остатки звездной эволюции: белые карлики и нейтронные звезды. Возраст многих...

Восстание косаток или просто игра: почему морские гиганты топят яхты в Европе

С 2020 года в прибрежных водах Испании и Португалии фиксируются регулярные инциденты с участием косаток. Животные приближаются к маломерным судам, наносят удары по корпусу и повреждают рулевые...

Что было под огромным капотом редкого трактора ЭТ-5 и зачем ему стрела над кабиной

Послевоенное колхозное поле в СССР, тишина — ни привычного рёва мотора, ни клубов черного дыма. По пашне движется высокая гусеничная машина, похожая на обычный гусеничный трактор, но с...

Самое тихое место на Земле: где оно находится и почему человек не может там долго находиться

Современный мир наполнен разнообразными звуками. Гул проезжающих автомобилей, монотонное гудение бытовых приборов, отдаленный шум поезда или просто шелест листьев на ветру — все эти...