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量子计算机:科学家用来寻找地外生命


时间:2021-10-08  来源:  作者:  点击次数:


外媒报道称,量子计算机正在帮助研究人员在宇宙中找到我们星球之外的生命——尽管还不能确定他们会找到真正的外星人,但实验结果可能几乎同样令人兴奋。

提供量子软件服务的萨帕塔计算公司宣布与英国赫尔大学建立新的合作关系。科学家将使用量子计算工具,最终帮助他们探测可能是外太空生命前兆的分子。

量子计算机:科学家用来寻找地外生命

在为期八周的项目中,量子资源将与经典计算工具相结合,以更高的精度解决复杂的计算问题。最终目标是发现量子计算是否能为天体物理学家的工作提供有益的动力,尽管目前这项技术存在局限性。

另见。量子计算有两种类型。现在,一家公司表示,它希望同时提供这两种服务。

探索太空生活听起来是一项棘手的任务。这一切都归结于找到可能创造和维持生命的分子的证据——因为科学家不能亲自出去观察这些分子,他们必须依靠其他方法。

通常,天体物理学家聚焦于光,光可以通过望远镜进行分析。这是因为光——例如附近恒星产生的红外辐射——经常与外层空间的分子相互作用。当它这样做时,这些粒子会振动和旋转,并吸收一些光,在光谱数据上留下特定的特征,地球上的科学家可以捕捉到这些特征。

因此,研究人员需要做的是检测这些信号,并将其追溯到相应的分子。

有什么问题?麻省理工学院的研究人员此前已经确定,超过14000个分子可以表明系外行星大气中存在生命迹象。换句话说,在天体物理学家绘制出这些分子可能与光相互作用的所有不同方式的数据库之前,还有很长的路要走——这些都是他们在将望远镜指向其他行星时应该寻找的特征。

这是赫尔大学为自己设定的挑战:它的天体物理学中心实际上想要生成一个可检测的生物特征数据库。

赫尔大学分子物理和天体化学高级讲师大卫贝诺特解释说,20多年来,研究人员一直在使用经典方法来尝试和预测这些特征。然而,这种方法很快就被用尽了。

赫尔中心的研究人员进行的计算包括准确描述电子如何在感兴趣的分子中相互作用——想想氢、氧、氮等。Benoit告诉ZDNet:“在经典计算机上,我们可以描述这种相互作用,但问题是它是一种因子算法,这意味着你拥有的电子越多,你的问题就会发展得越快。

例如,我们可以用两个氢原子来做,但是当你有更大的东西时,比如二氧化碳,你开始失去一点勇气,因为你使用超级计算机,甚至它们没有足够的内存或计算能力来完全做到这一点。

因此,用经典方法模拟这些相互作用是以牺牲准确性为代价的。但正如贝努瓦所说,你不想成为一个声称在外星星球上探测到生命的人,但这实际上是另一回事。

然而,与经典计算机不同,量子系统基于量子力学的原理——在最小尺度上支配粒子行为的原理:它们与分子中电子和原子行为所基于的原理相同。

这促使benoit向Zapata提出了一个“疯狂的想法”:用量子计算机解决太空生命的量子问题。

贝诺特解释说,这个系统是量子的,所以与其用经典的计算机模拟所有的量子事物,不如用量子事物代替测量,尝试提取我们想要的量子数据。

因此,本质上,量子计算机可以精确计算定义分子等复杂量子系统行为的模式,而不需要像经典模拟那样需要巨大的计算能力。

从量子计算中提取的电子行为数据可以与经典方法相结合,模拟空间中感兴趣的分子与光接触时的特性。

目前,可用于此类计算的量子计算机仍然有限:大多数系统不超过100个量子比特,这不足以模拟非常复杂的分子。

贝努瓦解释说,这并没有让该中心的研究人员退缩。贝诺说,我们必须从这个小系统的量子行为中推断出一些小的东西,并将其传递给真实的系统。

it说。"我们已经可以使用从几个量子比特得到的数据,因为我们知道数据是精确的。然后,我们可以进行推断。" 

这并不是说现在已经到了摆脱该中心的超级计算机的时候,Benoit继续说道。该计划才刚刚开始,在接下来的八周里,研究人员将找出是否有可能在小范围内提取那些精确的物理学,这要感谢量子计算机,以协助大规模计算。

"这是试图看看我们能把量子计算推到什么程度,"Benoit说,"并看看它是否真的有效,是否真的像我们认为的那样好。" 

如果该项目成功,它可以构成量子计算机的一个早期使用案例--它可以证明该技术的有用性,尽管它目前存在技术局限性。这本身就是一个相当好的成就;下一个里程碑可能是发现我们的外行星邻居。


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