క్వాంటం కంప్యూటర్లు సూపర్‌కంప్యూటర్ల సహాయంతో రికార్డు స్థాయి అణువును సిమ్యులేట్ చేశాయి

పెద్ద మాలిక్యులర్ సిమ్యులేషన్ రికార్డు క్వాంటం హార్డ్‌వేర్ ఒక్కటితో కాక, టీమ్‌వర్క్‌తో వచ్చింది

క్వాంటం కంప్యూటర్లు మాలిక్యులర్ సిమ్యులేషన్‌లో కొత్త మైలురాయిని చేరుకున్నాయి, కానీ ఆ విజయము క్వాంటం పురోగతి గురించి ఎంత చెప్పుతుందో, హైబ్రిడ్ కంప్యూటింగ్ గురించి కూడా అంతే చెబుతుంది. Cleveland Clinic, IBM మరియు Japan’s RIKEN పరిశోధకులు రెండు IBM Heron క్వాంటం కంప్యూటర్లు, అలాగే Fugaku మరియు Miyabi-G సూపర్‌కంప్యూటర్లను ఉపయోగించి, 12,635 అణువులు ఉన్న ఒక అణువుతో సహా అణువుల లక్షణాలను అపూర్వ స్థాయిలో సిమ్యులేట్ చేశారు.

New Scientist‌లో వచ్చిన నివేదిక ప్రకారం, ఇది ఇప్పటివరకు క్వాంటం హార్డ్‌వేర్‌తో సిమ్యులేట్ చేసిన అతి పెద్ద అణువు, మరియు పూర్వపు రికార్డుదారుడితో పోలిస్తే సుమారు 40 రెట్లు పెద్దది. ఈ పని రెండు ప్రొటీన్-లిగాండ్ కాంప్లెక్సులపై దృష్టి పెట్టింది; ఇవి ముఖ్యమైనవి ఎందుకంటే వాటి ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలను అర్థం చేసుకోవడం ఔషధ అన్వేషణ మరియు బయోమెడికల్ పరిశోధనకు కేంద్రబిందువుగా ఉంటుంది.

ఈ ఫలితం క్వాంటం కంప్యూటర్లు ఇప్పుడు రసాయన శాస్త్రంలో సంప్రదాయ యంత్రాలను భర్తీ చేయగలవని అర్థం కాదు. వాస్తవానికి, దానికి విరుద్ధమైన పాఠమే ఎక్కువ ఉపయోగకరం: నేటి క్వాంటం పరికరాలు ఇంకా చిన్నవిగా, లోపాలకు గురయ్యేలా ఉన్నాయి కాబట్టి, ఈ సమస్యలను స్వతంత్రంగా పరిష్కరించలేవు; కానీ పెద్ద క్లాసికల్ వర్క్‌ఫ్లోలో పొందుపరచినప్పుడు ఇంకా విలువను జోడించగలవు. ఈ ప్రదర్శనను ముఖ్యమైనదిగా 만드는ది ఇదే. క్వాంటం advantage‌కు ఒక ప్రాయోగిక సమీప-కాల మార్గాన్ని ఇది సూచిస్తోంది, ఆ advantage ఇప్పటికీ పరిమితంగానే ఉన్నా, చాలా సహాయంతోనే సాధ్యమైనా కూడా.

హైబ్రిడ్ విధానం ఎలా పనిచేసింది

టీమ్ సిమ్యులేషన్‌ను నాలుగు యంత్రాలుగా విభజించింది. క్వాంటం కంప్యూటర్లు అణు ఖండాల నిర్దిష్ట లక్షణాలకు సంబంధించిన ఎంచుకున్న లెక్కింపులను నిర్వహించగా, సూపర్‌కంప్యూటర్లు మోడలింగ్‌లోని ఇతర భాగాలను చూసి, మొత్తం కంప్యూటేషనల్ ప్రక్రియను సమన్వయం చేశాయి. ఈ వర్క్‌ఫ్లో క్వాంటం మరియు క్లాసికల్ వ్యవస్థల మధ్య 100 గంటలకుపైగా ముందుకు వెనక్కు సాగింది.

ఈ నిర్మాణం రంగం యొక్క ప్రస్తుత స్థితిని ప్రతిబింబిస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్ ప్రవర్తన వంటి క్వాంటం-యాంత్రిక సమస్యలకు క్వాంటం పరికరాలు సహజంగా అనుకూలం, కానీ అవి ఇంకా noise, పరిమిత qubit సంఖ్యలు మరియు అమలు పరిమితుల వల్ల ఇబ్బంది పడుతున్నాయి. దీనికి విరుద్ధంగా, సూపర్‌కంప్యూటర్లు విశ్వసనీయంగా మరియు అత్యంత శక్తివంతంగా ఉంటాయి, కానీ అత్యంత కఠినమైన క్వాంటం కెమిస్ట్రీ పనుల కోసం తరచుగా approximations అవసరం. హైబ్రిడ్ ఆర్కిటెక్చర్, పూర్తిస్థాయి క్వాంటం భవిష్యత్తు కోసం ఎదురుచూడడం కంటే, ఈ బలాలను కలపడానికి ప్రయత్నిస్తుంది; ఆ భవిష్యత్తు ఇంకా సంవత్సరాల దూరంలో ఉండవచ్చు.

పరిశోధకులు అణువుల చుట్టూ నీటి పొరను కూడా చేర్చారు, దీని వల్ల సిమ్యులేషన్ వాస్తవ లాబొరేటరీ పరిస్థితులకు దగ్గరగా మారింది. అనేక జీవశాస్త్రపరంగా సంబంధిత పరస్పర చర్యలు పర్యావరణంపై బాగా ఆధారపడతాయి కాబట్టి ఇది ముఖ్యం. కేవలం అణు సంఖ్యతో కొలిచే రికార్డు, వ్యవస్థను సందర్భం నుంచి వేరు చేస్తే, తక్కువ అర్థవంతమవుతుంది. ఇక్కడ, మూల పాఠ్యం కేవలం పెద్దదిగా కాకుండా, శాస్త్రీయంగా సంబంధిత బెంచ్‌మార్క్‌ను తయారు చేసే ప్రయత్నాన్ని సూచిస్తుంది.

మాలిక్యులర్ సిమ్యులేషన్ ఎందుకు ముఖ్యం

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు అత్యంత తరచుగా ప్రస్తావించబడే ఉపయోగాలలో ఒకటి రసాయన శాస్త్రాన్ని సిమ్యులేట్ చేయడం. ఎలక్ట్రాన్లు, బంధాలు, మాలిక్యులర్ ఎనర్జీలు అన్నీ క్వాంటం వ్యవస్థలే; అందువల్ల, వాటిని వివరించడానికి క్వాంటం హార్డ్‌వేర్ సిద్ధాంతపరంగా మెరుగైన సహజ భాషను అందిస్తుంది. ఇలాంటి సిమ్యులేషన్లు తగినంత ఖచ్చితమైనవిగా, స్కేలబుల్‌గా మారితే, ఔషధాలు, క్యాటలిస్టులు మరియు పదార్థాల శోధనను మెరుగుపరచగలవు.

ఆ వాగ్దానం ఎన్నో ఏళ్లుగా స్పష్టంగా ఉన్నప్పటికీ, పురోగతి హార్డ్‌వేర్ వాస్తవాల వల్ల పరిమితమైంది. “అతి పెద్ద అణువు ఇప్పటివరకు” అనే పదబంధం నాటకీయంగా అనిపించినా, ఈ రంగం తరచుగా జాగ్రత్తగా రూపొందించిన ప్రదర్శనల ద్వారా ముందుకు సాగింది, అందులో క్వాంటం ప్రాసెసర్లు పెద్ద సమస్యలోని చిన్న, వ్యూహాత్మకంగా ఎంచుకున్న భాగాన్ని మాత్రమే పరిష్కరిస్తాయి. ఈ కొత్త ఫలితం అదే నమూనాకు సరిపోతుంది, కానీ గతంలో కంటే ఎంతో ఎక్కువ ఆశయంతో కూడిన స్థాయిలో.

కాబట్టి, ఈ పని రెండు అణువులపై స్వతంత్ర శాస్త్రీయ సమాధానంగా కాకుండా, ఉపయోగకరమైన partitioning strategies మెరుగుపడుతున్నాయనే సంకేతంగా ఎక్కువ ప్రాధాన్యం కలిగి ఉంది. ఏ ఉపసమస్యలు క్వాంటం చికిత్సతో ప్రయోజనం పొందుతాయో పరిశోధకులు ఖచ్చితంగా గుర్తించి, ఆ ఫలితాలను క్లాసికల్ పైప్‌లైన్లలో సమర్థంగా తిరిగి పంపగలిగితే, fault-tolerant క్వాంటం కంప్యూటర్లు వచ్చే వరకు వేచిచూడకుండానే నిజమైన శాస్త్రీయ వర్క్‌ఫ్లోలను ప్రభావితం చేయడం ప్రారంభించవచ్చు.

ఇది ఏమి నిరూపిస్తుంది, ఏమి నిరూపించదు

ఇచ్చిన మూల పాఠ్యం ఒక స్పష్టమైన నిర్ధారణకు మద్దతిస్తుంది: హైబ్రిడ్ క్వాంటం-క్లాసికల్ వ్యవస్థలు ఇప్పుడు మునుపటి క్వాంటం హార్డ్‌వేర్ రికార్డుల కంటే ఎంతో పెద్ద స్థాయిలో మాలిక్యులర్ సిమ్యులేషన్లలో పాల్గొనగలవు. కానీ, ఈ విధానం ఖర్చు, ఖచ్చితత్వం లేదా వేగంలో ఉత్తమ క్లాసికల్ పద్ధతులను ఇప్పటికే మించిపోయిందని, లేదా నేడు పారిశ్రామిక ఆచరణను మార్చేస్తుందని ఇది స్వయంగా నిరూపించదు.

ఆ తేడా ముఖ్యమైనది. రికార్డు సృష్టించే ప్రదర్శనలు విలువైనవే, కానీ ప్రతి మైలురాయి తక్షణ వాణిజ్య ఉపయోగం అనే భావనకు దారి తీస్తే అవి తప్పుగా అర్థం కావచ్చు. ఇక్కడ, మరింత న్యాయసమ్మతమైన అర్థం ఏమిటంటే, పరిశోధకులు నేటి శబ్దభరితమైన క్వాంటం యంత్రాలు మరియు రసాయన శాస్త్రం, వైద్యానికి ముఖ్యమైన సమస్యల మధ్య ఒక కార్యాచరణ వంతెనను నిర్మిస్తున్నారు.

వేర్వేరు సంస్థలలో ఉన్న రెండు Heron వ్యవస్థల ఉపయోగం మరో ప్రాయోగిక థీమ్‌ను కూడా సూచిస్తోంది: క్వాంటం కంప్యూటింగ్ ఇప్పుడు ఒక ల్యాబ్ కుతూహలం కాకుండా, పంపిణీ చేయబడిన పరిశోధనా మౌలిక సదుపాయంలో భాగమవుతోంది. ప్రధాన సూపర్‌కంప్యూటింగ్ కేంద్రాలతో కలిసినప్పుడు, క్వాంటం ప్రాసెసర్లను విశాలమైన శాస్త్రీయ కంప్యూటింగ్ పైప్‌లైన్లలో ప్రత్యేక యాక్సిలరేటర్లుగా పరిగణించవచ్చు.

రంగానికి ప్రాధాన్యం

క్వాంటం కంప్యూటింగ్‌కు, రంగానికి మరింత అవసరమైన రకమైన ఫలితం ఇదే: నిర్దిష్టమైనది, సాంకేతికంగా విశ్వసనీయమైనది, మరియు అర్థవంతమైన వినియోగ సందర్భానికి అనుసంధానమైనది. ఇది విప్లవం అని అతిశయోక్తి చేయదు, కానీ హైప్ తరచుగా హార్డ్‌వేర్‌ను మించిపోయిన రంగంలో ముందుకు సాగే కదలికను చూపిస్తుంది. IBM, Cleveland Clinic మరియు RIKEN మధ్య సహకారం కూడా పురోగతి ఎలా జరుగుతుందో రेखांकితం చేస్తుంది: హార్డ్‌వేర్ తయారీదారులు, సూపర్‌కంప్యూటింగ్ సంస్థలు, మరియు అప్లికేషన్-కేంద్రిత పరిశోధకుల మధ్య కూటముల ద్వారా.

ఔషధ అన్వేషణ మరియు బయోమెడికల్ మోడలింగ్‌కు తక్షణ ప్రభావాలు ఇంకా అన్వేషణాత్మకంగానే ఉన్నాయి. కానీ హైబ్రిడ్ వర్క్‌ఫ్లోలు మెరుగుపడుతూ ఉంటే, శాస్త్రవేత్తలు ఎక్కువ నమ్మకంతో అధ్యయనం చేయగల అణువులు మరియు పరస్పర చర్యల పరిధిని అవి క్రమంగా విస్తరించవచ్చు. బైండింగ్ ప్రవర్తన మరియు మాలిక్యులర్ ఎనర్జెటిక్స్‌ను అర్థం చేసుకోవడంలో చిన్న మెరుగుదలలు కూడా అభ్యర్థి సమ్మేళనాలను ప్రాధాన్య క్రమంలో పెట్టే విధానాన్ని ప్రభావితం చేయగలవు కాబట్టి ఇది ముఖ్యం.

లోతైన సందేశం ఏమిటంటే, క్వాంటం కంప్యూటింగ్ భవిష్యత్తు ప్రత్యామ్నాయం ద్వారా కాదు, సమన్వయం ద్వారా, క్రమంగా రావచ్చు. ఈ రికార్డు-స్థాయి మాలిక్యులర్ సిమ్యులేషన్ ఆ దిశలో ఒక అడుగు. క్వాంటం కంప్యూటర్ ఒంటరిగా గెలవలేదు. అలా గెలవాల్సిన అవసరం కూడా లేదు.

ఈ వ్యాసం New Scientist నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.