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新智元Science封面| 谷歌实现全球首个量子化学模拟，用量子「计算」出化学反应过程( 二 )


新智元Science封面| 谷歌实现全球首个量子化学模拟，用量子「计算」出化学反应过程
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左图：线性氢原子链的能量随着每个原子间键距的增加而增加 。 右图： 两个准确度量(失真和平均绝对误差) 。 「 Raw」是来自于 Sycamore 的原始误差 。 「+ PS」是一种通过纠正电子数量后的误差 。 「 + Purifcication」是一种为正确的状态进行修正后的误差 。 「+ VQE」是最终优化的结果 。 实线是用经典计算机模拟的 Hartree-Fock ， 点是用 Sycamore 处理器计算的 。谷歌AI量子团队希望这个实验可以作为量子化学计算的蓝图 ， 并成为将物理模拟优势引入量子计算的起点 。最令人兴奋的是 ， 通过这个实验 ， 我们了解了如何用简单的方式来修改量子电路 ， 从而更精确地模拟化学过程 ， 为量子算法的改进和应用指明了新的方向 。今天的量子计算机已经足够强大 ， 可以在一些任务中获得明显的计算优势 ， 量子化学的进展将迈上新的台阶 。此次实验最重要的成果不是完成了量子化学模拟 ， 而是验证了为当前量子计算机开发的算法能够达到实验预测所需的精确度 ， 为量子化学的仿真模拟铺平了道路 。此外 ， 谷歌团队已经发布了实验的代码 ， 使用了此前在GitHub开源的量子化学开源项目 OpenFermion 。
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如果你有条件运行这些实验 ， 可以直接从GitHub中找到实验的代码 。地址：https://github.com/quantumlib/ReCirq/tree/master/recirq/hfvqe 量子化学：量子力学和化学的交叉产物 1925年和1926年 ， 物理学家维尔纳·海森堡和埃尔温·薛定谔各自建立了矩阵力学和波动力学 ， 标志着量子力学的诞生 ， 同时也为化学家提供了认识物质化学结构的新理论工具 。1927年物理学家瓦尔特·海特勒和弗里茨·伦敦将量子力学处理原子结构的方法应用于氢气分子 ， 成功地定量阐释了两个中性原子形成化学键的过程 ， 他们的成功标志着量子力学与化学的交叉学科——量子化学的诞生 。
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将量子理论应用于原子体系就属量子物理 ， 如果用于分子体系就属于量子化学 ， 我们可以简单这么区分 。通过量子力学对化学过程（比如化学键的形成）进行精确的计算预测是一种有效的方法 ， 可以开启许多新的化学研究领域 。不幸的是 ， 由于量子变量的指数级增长 ， 除了demo系统以外 ， 其他量子化学方程的精确解对于传统计算机来说显得太遥远 。但是量子计算机拥有传统计算机无法比拟的优势 ， 强大的计算能力 ， 可以实现任何复杂化学过程的模拟 。也许以后我们的化学课本中 ， 可以清晰地看到化学键美丽的形成过程 ， 而不是一个枯燥的化学方程式 ， 「记住就行 ， 反应就是这样的」 。 参考链接：https://ai.googleblog.com/2020/08/scaling-up-fundamental-quantum.html


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