量子与超级计算机“携手” 突破大分子模拟难题迈出实用化一步

在药物研发领域，精确测定药物分子的电子量子态与能量至关重要，这属于量子力学范畴的问题，传统计算机通常只能给出近似解。如今，科研人员借助量子计算机与传统超级计算机的协同合作，在这一领域取得了重大突破。

美国俄亥俄州克利夫兰医学中心、科技企业IBM以及日本理化学研究所的研究人员携手合作，探索出一种创新的混合运算方案。该方案将量子计算机与超级计算机的优势相结合，成功模拟了两个规模前所未有的分子，其中一个分子的体量约为以往量子计算机模拟最大分子的40倍，还精准测算出了分子的最低能量，精度可与部分主流传统算法相媲美。

研究团队选取了两组蛋白质 - 小分子复合物作为模拟对象。这类复合物在生物医学领域是经典的基础研究范例，已有充分的研究基础。为了使实验结果更贴近实际研究场景，团队还在水环境层中完成了分子模拟。

此次研究使用了两台IBM苍鹭（Heron）量子计算机，一台部署在日本理化学研究所，另一台设在克利夫兰医学中心。同时，还动用了全球顶尖的两台超级计算机——富岳（Fugaku）和雅比 - G（Miyabi-G）。由于量子计算机存在量子比特规模偏小、运算能力有限且易出错等短板，单纯依靠其进行分子模拟实用价值有限。因此，研究团队将分子模拟任务拆分，让四台设备协同完成。量子计算机仅负责计算分子部分片段的特定属性，之后将运算结果交由超级计算机处理。两类计算机来回迭代运算，整个过程耗时超过100小时。

IBM的Jerry Chow表示，即便运算耗时较长，但这套混合方案的运算速度仍优于纯传统计算机方案。尽管此次模拟在精度上尚未实现绝对领先优势，但这一成果无疑为量子计算在药物研发领域的应用迈出了重要一步。

宾夕法尼亚州匹兹堡大学的刘君宇（Junyu Liu，音译）对该研究给予了高度评价。他认为，在量子计算机实现完全容错之前，这类混合运算模式值得大力推广，能够提前挖掘量子计算机的实用价值。不过，他也指出目前仍存在一个尚未解决的问题，即能否从严格数学层面证明，该混合算法在特定场景下必定能实现性能碾压，达成所谓的“量子优势”。

Jerry Chow称，此次模拟纪录只是一个开端，并非最终定论。目前，业界正掀起一股不断突破技术边界的热潮，真正的探索才刚刚开始。