كمبيوتر ”جوجل“ الكمي يحاكي بدقة جزيء لأول مرة
كتبت: يارا كمال
نجح مهندسو شركة ”جوجل“ في إنتاج أول محاكاة كمية كاملة قابلة للتطوير لجزيء هيدروجين، وذلك يُظهر أن الأجهزة المشابهة قد تساعدنا على كشف الأسرار الكمية وراء الكيمياء المحيطة بنا.
استطاع الباحثون اللذين يعملون في شركة ”جوجل“ أن يحاكوا بدقة طاقة جزيئات الهيدروجين (H2)، وإذا كررنا نفس الحيلة مع جزيئات أخرى، قد نرى فوائد ذلك في كل شيء من الخلايا الشمسية حتى الأدوية.
هذا النوع من التنبؤات هو في الغالب مستحيل بالنسبة للحواسب التقليدية والتي تأخذ وقتًا طويلًا للغاية، فإن الطاقة في جزيء البروبان (C3H8) ستحتاج من الكمبيوتر الفائق وقت في حدود 10 أيام.
للوصول لهذا الإنجاز، تعاون مهندسو شركة ”جوجل“ مع باحثين من جامعة هارفارد ومختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا وجامعة تافتس وكلية لندن الجامعية في المملكة المتحدة.
إن التفاعلات الكيميائية كمية في الطبيعة، لأنها تكوّن حالات من التراكب الكمي المتشابك، أي أن حالة كل جزيء لا يمكن وصفها بشكل مستقل عن بقية الجزيئات، مما يسبب مشاكل للحواسب التي تُستخدم في التعامل مع القيم الثنائية للآحاد والأصفار.
إن حاسوب ”جوجل“ الكمي يتعامل مع ”qubit“ وهي عبارة مجموعة من ”بت“ (bit) والتي تكون هي نفسها في حالة تراكب، فتمثل الواحد والصفر في نفس الوقت.
لإجراء هذه المحاكاة، استخدم المهندسون دائرة حاسوبية كمية فائقة التبريد تُسمى (variational quantum eigensolver VQE) وهي في الأساس نظام نمذجة متقدمة للغاية، والتي تحاول أن تحاكي الشبكات العصبية في المخ البشري على مستوى كمي.
عندما قورنت نتائج الدائرة الحاسوبية بالطاقة الحقيقية الصادرة من جزيء الهيدروجين، تطابقت المنحنيات تقريبًا كما يبدو في الرسم البياني.
نحن نتعامل مع الخطوات الأولى في حقيقة النمذجة، وقالت شركة ”جوجل“ إننا يمكننا أن نبدأ في رؤية التطبيقات في كل أنواع الأنظمة متضمنة الكيمياء: البطاريات المحسنة والإلكترونيات المرنة وأنواع جديدة من المواد وغيرها.
إحدى الاستخدامات المحتملة هي نمذجة الطريقة التي تنتج بها السماد. إن الطريقة التي يُنتج بها البشر السماد ليست كفئة في ما يخص البيئة، وتتكلف 1 – 2% من طاقة العالم كل عام، لذا فإن أي تقدم في فهم التفاعلات الكيميائية المتضمنة في عملية الإنتاج سوف تؤدي إلى مكاسب ضخمة.
المصدر:
