量子计算机联手超级计算机,创下大分子模拟新纪录
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2026-05-06 02:32:50
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5 月 5 日消息,量子计算机最具前景的应用方向之一是模拟蛋白质,助力人类研发新药,但目前这类设备误差率过高,尚无法胜任这项任务。不过,如今两台量子计算机借助超级计算机的辅助,打破了一项模拟纪录 —— 成功测定了一个含 12635 个原子的分子的特性。

据IT之家了解,要了解药物分子的作用机制,必须精准确定其电子的量子态与能量,这属于量子力学问题,传统计算机往往只能得出近似解。

美国俄亥俄州克利夫兰医学中心、科技企业 IBM 以及日本理化学研究所的研究人员展开合作,转而采用天生适配量子物理运算的量子计算机开展研究。他们研发出一种量子计算机 + 传统超级计算机的混合运算方案,并用该方案模拟了两个规模空前庞大的分子,其中一个分子的体量约为以往量子计算机模拟最大分子的 40 倍。

团队成员、克利夫兰医学中心的肯尼思・默茨表示:“这曾是我的梦想,如今我们终于实现了。”

研究团队使用了两台 IBM 苍鹭(Heron)量子计算机(一台部署在日本理化学研究所,一台设在克利夫兰医学中心),以及全球顶尖的两台超级计算机:富岳(Fugaku)和雅比 - G(Miyabi-G)。研究选取了两组蛋白质 - 小分子复合物作为模拟对象,默茨称这类复合物已有充分研究基础,也是生物医学领域经典的基础研究范例。团队还在水环境层中完成分子模拟,让实验结果更贴近实验室实际研究场景。

受限于量子比特规模偏小、运算能力有限且易出错等短板,单纯依靠量子计算机目前实用价值有限。因此,研究团队将分子模拟任务拆分给四台设备协同完成,仅用量子计算机计算分子部分片段的特定属性,再将运算结果交由超级计算机处理。两类计算机来回迭代运算,全程耗时超 100 小时。

IBM 的 Jerry Chow 表示,即便如此,这套混合方案的运算速度仍优于纯传统计算机方案。此次模拟还精准测算出分子的最低能量,精度可媲美部分主流传统算法,尽管尚未实现绝对领先优势。

宾夕法尼亚州匹兹堡大学的刘君宇(Junyu Liu,音译)评价道,该研究给出了极为难得的实践路径:依托现有商用硬件,迈出量子计算实用化的切实一步。他还称,“这次实验的规模着实令人瞩目”。

刘君宇认为,在量子计算机实现完全容错之前,这类混合运算模式值得大力推广,可提前挖掘量子计算机的实用价值。但他同时指出,目前仍存在一个悬而未决的问题:能否从严格数学层面证明,该混合算法在特定场景下必定能实现性能碾压,也就是达成所谓的“量子优势”。

Jerry Chow 表示,尽管本次研究证明量子硬件在部分运算环节具备优势,但这项模拟纪录只是开端,并非最终定论。“业界正掀起一股不断突破技术边界的热潮,”他说,“在我看来,真正令人期待的探索才刚刚启程。”

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