特稿：新材料如何實現(xiàn)“量子飛躍”

新華社北京3月21日電特稿：新材料如何實現(xiàn)“量子飛躍”

新華社記者彭茜

長期以來，人們對量子信息技術應用的關注一直集中在數(shù)據(jù)傳輸和加密等領域,。新研究將目光轉向化學領域,，使量子系統(tǒng)有望助力開發(fā)新藥和新材料等。研究人員最近使用量子計算機對簡單分子進行建模,，實現(xiàn)新材料的“量子飛躍”,，成為量子計算商用化的開始。

美國《麻省理工科技評論》日前將“材料的量子飛躍”列入2018全球十大突破性技術,。

量子計算助力分子建模

美國國際商用機器公司(IBM)率先取得突破,，采用7量子比特的量子計算機對小分子的電子結構成功進行仿真計算，相關成果發(fā)表在英國《自然》雜志上,。借助該技術,，科學家能了解分子的各個方面信息，開發(fā)出更有效藥物和能源效率更高的新材料,。

量子計算機如何帶來材料的“量子飛躍”,？首先，從量子計算基本原理看,，量子計算機與傳統(tǒng)計算機最大區(qū)別是運算方式：傳統(tǒng)計算機的計算單位是比特,，只能處于0或1的二進制狀態(tài)；而量子計算機則將信息存儲在量子比特中,，量子比特以0和1的疊加態(tài)存在,，并可使用量子糾纏和量子疊加等獨特的量子效應進行信息處理，極大提高計算效率,。

具體在材料研發(fā)領域,，最大挑戰(zhàn)是在分子建模中計算化合物的基本能態(tài),，即必須模擬出每個原子內電子與其他原子的相互作用，這種相互作用遵循量子力學原理,。用傳統(tǒng)計算機模擬這些分子結構要消耗大量能量,，且隨著分子內原子數(shù)增加，模擬愈加困難,。相反,，量子計算機在模擬這些具有量子特性的分子結構方面有天然優(yōu)勢。