IBM用量子计算机成功模拟分子，成果登上《自然》封面

全世界都在期待第一台量子计算机的诞生。为了尽早实现这一个目标，无论是政府部门、大型科技公司还是众多的初创企业都在不断努力。
作为老牌科技公司，IBM显然已经走在了前面。当地时间9月13日，IBM宣布，在自己的超导量子设备上实现了一种新的量子算法，这种算法可以模拟真实分子，能够高效精确地计算出小分子电子的最低能态(energy state)。此次他们就用量子计算机推导了氢化铍(BeH2)分子的最低能量状态。该研究成为了《自然》杂志最新一期的封面文章。
《自然》杂志封面
在理解这次IBM团队取得的成功前，你可能得先知道什么是量子模拟(quantum simulation)。简单来说，由于量子计算机是基于量子力学基本原理运行的计算机，对于同样遵循量子力学的微观粒子体系，相比于传统计算机使用一些方法去近似，量子计算机可以用很少的计算资源完美地模拟出体系状态。
《自然》杂志的封面文章指出，量子化学是量子计算最有前景的应用之一，了解分子的能量状态更是理解化学反应的关键。使用量子技术进行分子模拟就是发现化合物的基态，也就是最稳定的状态。不过，要想真正了解一个分子的基态，研究者需要模拟每一个原子中的每一个电子是如何与其它原子核相互作用的，甚至还要模拟在如此小的尺度上发生的量子效应。迄今为止，人类只在量子设备上实验模拟了最小的分子系统。
7个量子比特
这一次，IBM团队的成功在于利用量子计算机的计算优势创建了一种新算法，具有对大分子进行类似运算的潜力。具体来说就是，利用包含有7 个超导量子比特(superconducting qubit)的量子处理器，通过将分子轨道(molecular orbitals)上的电子结构(electronic structure)映射到量子处理器上，可以计算出电子的最低能态。在IBM的实验中，实验的出错率在2%到4%之间。
量子计算机模拟分子的过程
通过精确预测新分子的结构、推测新分子与其它化合物的反应，量子计算大大简化了化学合成过程。换句话说，虽然模拟是一个微小的成功。但实际上，这是迈向用量子计算机进行复杂分子模拟的第一步。量子计算机的应用将为化学合成领域带来重要的商业突破。
IBM的官方博客称，相信不久的将来，随着量子处理器集成度的增加，运算能力的发展，运用这项技术可以探索超出传统计算机能力的复杂大分子，准确地预测其化学反应，这将极大的推动新化肥，新药甚至是新的可再生能源的研究。
相比传统计算机，量子计算机的最大区别在于:传统计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题，而量子计算机却可以同时解决多个问题。
传统计算机使用的运算规则是二进制，用0和1记录信息状态。但量子计算机由量子状态来描述信息，根据量子的特性它可以同时表示多种状态，并同时进行叠加运算，因而拥有更快速的运算方式。
IBM在量子计算领域可谓是野心勃勃。在今年3月份，IBM就曾对外宣布，今年要推出全球第一个商业化量子计算云服务:IBM Q。这也是全球第一个收费的量子计算云服务系统。当时IBM表示，未来，新系统可以为全球的研究人员服务，处理传统电脑无法解决的复杂计算，成为未来培育量子计算市场的关键。
除了IBM外，谷歌也是外界公认的量子计算领域的领头羊。目前，谷歌已制造出9量子比特的机器，并计划今年增加至49量子比特，实现“量子霸权”。