量子コンピューターは、助けを借りてこれまでで最大の分子をシミュレートしました

量子コンピューターの最も有望な用途の 1 つは、新薬の発見に役立つ可能性のあるタンパク質をシミュレートすることですが、これらのデバイスは現時点ではこのタスクにはエラーが多すぎます。しかし、スーパーコンピューターの助けを借りて、2 台の量子コンピューターが、12,635 個の原子を持つ分子の特性を決定するというシミュレーション記録を破りました。

薬物分子の挙動を理解するには、その電子の量子状態とエネルギーを正確に特定する必要がありますが、この量子問題は従来のコンピューターでは近似的にしか解決できないことがよくあります。

オハイオ州のクリーブランドクリニック、アメリカのテクノロジー企業IBM、日本の科学研究所理化学研究所の研究者らの共同研究では、代わりに、デフォルトで量子物理学を「話す」量子コンピューターに注目した。彼らは、量子コンピューターと従来のスーパーコンピューターを組み合わせたハイブリッド アプローチを開発し、それを使用して 2 つの前例のない分子 (1 つは量子コンピューターを使用してこれまでシミュレートされた最大の分子の約 40 倍) をシミュレートしました。

「これは私の夢でした。そしてここに私たちがいます」とクリーブランドクリニックのチームメンバーのケネス・メルツは言います。

研究者らは、理化学研究所とクリーブランドクリニックにある2台のIBM Heron量子コンピューターと、世界最強の1つである富岳と雅-Gと呼ばれる2台のスーパーコンピューターを使用した。分子として、研究チームはタンパク質と小分子、つまり「タンパク質-リガンド複合体」の2つの組み合わせを選択した。メルツ氏によれば、これはよく研究されており、生物医学の重要な例として人気があるという。チームはまた、水の層でそれらをシミュレーションし、研究者が実験室で分子を扱う方法を模倣する結果に近づけました。

現在、量子コンピューターのみがその比較的小さいサイズ（計算能力に制限がある）と間違いを犯す傾向があるため、実用性が限られています。したがって、チームは分子シミュレーションの作業を 4 台のマシンに分割し、分子の一部の断片の特定の特性を計算する場合にのみ量子コンピューターを使用しました。その後、出力はスーパーコンピューターに与えられ、計算全体が 100 時間以上にわたって 2 種類のコンピューターの間で行き来しました。それでも、量子ハードウェアがなかった場合よりもプロセスが速かったとチームは考えている、とIBMのジェリー・チョウ氏は言う。このシミュレーションでは、より標準的な方法に匹敵する精度で分子の最低エネルギーも推定されましたが、それでも明らかに優れているわけではありません。

ペンシルバニア州ピッツバーグ大学の Junyu Liu 氏は、このチームは実現が難しいもの、つまり、実際に使用されているハードウェアを使用して有用な量子計算を実行する実践的な手順を提供していると述べています。同氏は、「実験の規模は実に印象的だ」と付け加えた。

Liu 氏はまた、量子コンピューターがエラーを防止する前であっても有用なものにする方法として、新しいアプローチを奨励する必要があるとも述べています。しかし、ハイブリッド手法が常に優れたパフォーマンス (量子的利点) を保証する場合があることを数学的に厳密に示すことができるかどうかは、まだ未解決の問題である、と彼は言います。

チョウ氏は、現在の研究は計算の一部では量子ハードウェアの方が優れている可能性があることを示しているが、新しいシミュレーション記録は最初のステップにすぎず、決定的なものではないと述べた。 「できることの限界に挑戦しようという慌ただしさがあります」と彼は言う。 「私にとってエキサイティングなのは、それがまだ始まったばかりだということです。」