Может ли 2026 год стать годом, когда мы начнем использовать квантовые компьютеры в химии?

Ли квантовые компьютеры действительно могут решать практические проблемы — это один из самых больших вопросов, оставшихся без ответа в этой растущей отрасли, и на который исследователи в области промышленной и медицинской химии могут ответить в 2026 году.

Расчет структуры, реакционной способности и других химических свойств молекулы является по сути квантовой проблемой, поскольку в нем участвуют ее электроны, которые являются квантовыми частицами. Но чем сложнее молекула, тем сложнее становятся эти вычисления, а в некоторых случаях они представляют собой настоящую проблему даже для традиционных суперкомпьютеров.

С другой стороны, поскольку квантовые компьютеры по своей сути также являются квантовыми, они должны иметь преимущество, когда дело доходит до проведения химических расчетов. И как квантовые компьютеры стали больше и их легче сочетать с традиционными компьютерами, мы все чаще видим, как они используются для этого.

Например, в 2025 году исследователи из IBM и японского научного института RIKEN использовали квантовый компьютер и суперкомпьютер для моделировать несколько молекул. Исследователи из Google разработал и протестировал алгоритм квантовых вычислений, помогающий определить структуру молекул. Исследователи RIKEN также объединились с фирмой Quantinuum, занимающейся квантовыми вычислениями, чтобы разработать рабочий процесс для вычисления энергии молекул таким образом, что квантовый компьютер уловил свои собственные ошибки. Наконец, запуск квантового программного обеспечения Кунова Компьютеры уже предоставляет алгоритм, который частично использует квантовый компьютер для расчета этих энергий, который, по его утверждению, примерно в 10 раз более эффективен, чем более традиционные методы.

Мы должны ожидать увидеть гораздо больше подобных явлений в 2026 году, когда станут доступны более крупные квантовые компьютеры. «Предстоящие более крупные машины позволят нам разработать более мощные версии этого [existing] рабочий процесс, и в конечном итоге мы сможем решать общие проблемы квантовой химии», — говорит Дэвид Муньос Рамо в Квантинууме. Пока что его команда исследовала только молекулу водорода, но он говорит, что на горизонте могут появиться более сложные структуры, такие как катализаторы, которые ускоряют важные для промышленности реакции.

Другие исследовательские группы готовятся проделать аналогичную работу. Например, в декабре Microsoft объявила сотрудничество со стартапом квантового программного обеспечения Algorithmiq с явной целью быстрее разработать больше алгоритмов квантовой химии. Фактически, опрос Исследования индустрии квантовых компьютеров, проведенные Hyperion Research, обнаружили, что химия является ведущей областью, в которой как производители, так и покупатели квантовых компьютеров ожидают увидеть прогресс и успех в наступающем году. В двух последних ежегодных опросах квантовая химия была вторым и четвертым наиболее многообещающим вариантом использования квантовых вычислений соответственно, поэтому интерес к этой тенденции и инвестиции постоянно растут.

Однако в конечном итоге квантово-химические вычисления не будут иметь большого успеха до тех пор, пока квантовые компьютеры не станут устойчивыми к ошибкам или сбоям – что также сдерживает другие применения этих экзотических устройств. «Способность квантового компьютера решать задачи быстрее, чем классический компьютер, зависит от отказоустойчивого алгоритма», — написали Филипп Шляйх и Поклонение Аспуру-Гузику в Университете Торонто в недавнем комментарий по квантовым вычислениям и химии для журнала Science. К счастью, достижение отказоустойчивости — единственная цель, с которой может согласиться каждый производитель квантовых компьютеров во всем мире.