طبق اظهارات محققانی از دانشگاه هاروارد، مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و کالج هاورفورد، رایانه‌های کوانتومی در آینده خواهند توانست رایانه‌های معمولی را از میدان رقابت در شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی شامل بیش از چهار اتم به در کنند.
تحول در مطالعات شیمیایی با رایانه‌های کوانتومی
طبق اظهارات محققانی از دانشگاه هاروارد، مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و کالج هاورفورد، رایانه‌های کوانتومی در آینده خواهند توانست رایانه‌های معمولی را از میدان رقابت در شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی شامل بیش از چهار اتم به در کنند.
این محققان در مقاله‌ای در مجله‌ی Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) نرم‌افزاری را برای شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی توسط رایانه‌های کوانتومی تشریح کرده‌اند. این نرم‌افزار، یک فناوری فوق مدرن است که مبتنی بر پدیده‌های مکانیک کوانتومی همچون گیرافتادن (entanglement) ، تداخل (interference) و چندمکانی (superposition) کار می‌کند. محاسبات کوانتومی خواهد توانست مسائل خاصی را حل کند که با رایانه‌های معمولی غیر ممکن است.
دکتر آلان آسپاروگازیک، دانشیار شیمی دانشگاه هاروارد، می‌گوید: ” شبیه‌سازی سامانه‌های کوانتومی با رایانه‌هی معمولی یک مشکل اساسی دارد، و آن اینکه هرچه اندازه‌ی این سامانه‌ها افزایش یابدباید توان محاسباتی برای شبیه‌سازی آن به طور نمایی افزایش یابد. مثلاً اگر برای شیبه‌سازی یک واکنش شامل ۱۰ اتم به یک روز وقت نیاز باشد، برای ۱۱ اتم به دو روز، ۱۲ اتم به سه روز و ۱۳ اتم به چهار روز وقت نیاز است و همین‌طور رو به بالا. بنابراین امکان شبیه‌سازی سامانه‌های پیچیده و بزرگ با چنین رایانه‌هایی وجود نخواهد داشت.
اما این محققان می‌گویند در رایانه‌های کوانتومی، زمان مورد نیاز برای شبیه‌سازی به طور نمایی با پیچیدگی و بزرگی سامانه افزایش نمی‌یابد.
ایوان کاسال، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه هاروارد و یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی، می‌گوید: ” پیش‌بینی واکنش‌های شیمیایی کاربردهای بسیار شگرفی خواهد داشت، زیرا بسیاری از تحقیقات مربوط به طراحی دارو، علم مواد، کاتالیست و بیولوژی مولکولی به صورت سعی و خطا انجام می‌شود. پیش‌بینی‌های دقیق می‌تواند راه این‌گونه مطالعات را عوض کند. ”
این محققان در مقاله‌ی خود نشان دادند که رایانه‌های کوانتومی به ۱۰۰ بیت کوانتومی (Qbit) نیاز دارند تا بتوانند ابررایانه‌های معمولی را از میدان رقابت در شبیه‌سازی‌های شیمیایی به در کنند.
اگر شبیه‌سازی یک واکنش شیمیایی در یک رایانه معمولی سال‌ها به طول بیانجامد، در یک رایانه کوانتومی در چند ثانیه انجام خواهد شد. اطلاعات در یک رایانه‌ی معمولی در بیت‌های دودویی به صورت “صفر” و “یک” ذخیره می‌شوند. اما در رایانه‌های کوانتومی اطلاعات در بیت‌های کوانتومی ذخیره می‌شود و این بیت‌ها می‌تواند در آن واحد هم به صورت “صفر” باشد و هم “یک”. لذا وقتی یک رایانه کوانتومی می‌خواهد یک مسئله را حل کند، تمام پاسخ‌های ممکن به وسیله‌ی آرایش یافتن کوانتوم بیت‌ها در ترکیب‌های مختلفی از “صفر” و “یک” مورد بررسی قرار می‌گیرند.
بنابراین رایانه کوانتومی حجم محاسبات بسیار کمتری را نسبت به نوع متعارف برای رسیدن به پاسخ مسائل انجام خواهد داد.
