量子计算新突破：有望加速药物研发与材料研究

中国科学家在量子系统中观测并控制了一种罕见的中间态，从而有效放缓了量子混沌。研究人员利用 78 量子比特的 Chuang Tzu 2.0 超导处理器，展示了如何延长或缩短一种临时稳定相。

研究团队识别出一个 prethermalisation plateau，即系统在迅速滑入完全复杂态之前短暂抵抗无序的阶段。通过对控制序列进行精细调节，科学家得以调控量子退相干（quantum decoherence）的速率，并控制信息的传播方式。相关成果发表于《Nature》，为保存脆弱的量子信息提供了一个潜在窗口。更长的相干时间有望显著提升量子计算的可靠性以及纠错方法的效果。

研究人员表示，这项工作也凸显了量子处理器在模拟经典超级计算机难以处理的复杂现象方面的优势。其应用范围可能覆盖从 drug discovery、advanced materials research 到下一代安全通信等领域。

如今，一款强大的量子化学引擎已经面世，可帮助科学家应对复杂的化学问题。Extreme-scale Electronic Structure System (EXESS) 每秒可进行超过 1 quintillion 次计算，用于解决量子化学中的问题。这项新技术有望大幅加快药物研发、材料科学及其他领域的研究进程。

量子化学计算在新药与新材料的开发中发挥着重要作用。例如，研究人员会利用量子化学模拟来理解药物如何与体内的分子结合位点相互作用。这种理解可帮助研究人员改造药物分子，从而优化结合速度与结合效率。

所需算力会随体系中原子数呈指数级增长。对于蛋白质等大分子（可包含数千个原子），要精确求解相关问题很快就会变得难以承受。EXESS 的运行速度比许多其他量子化学软件包快 3,000 至 4,000 倍，从而使蛋白质等大分子的计算成为可能。这种巨大提升并非由某一项单一创新驱动，而且它运行在传统硬件上——因此不需要量子计算。

团队加速计算的一种方式，是找到能够同时运行多项操作的方法。许多量子化学算法被设计为按顺序逐步执行。团队通过改变算法或理论方法，使更多过程能够并行运行。团队还实现了一种称为 molecular fragmentation 的技术：将问题拆分为更小的片段，同时计算这些片段，然后再将结果拼接回整体。借此，他们通过一次运行许多较小的计算来加速大型计算。

有些按传统方法原则上需要约 1 个月的计算，在使用 EXESS 运行时实际只需约 12 分钟。该公司目前专注于将 EXESS 用于药物研发，寻找并优化药物与人体之间的相互作用，或更好地理解现有药物的作用机制以及人们为何会对其产生耐药性。公司为获批的研究项目提供免费使用权限。面向公众的软件限制版也已开放。

药物研发、新型电池化学体系开发、材料模拟以及欺诈检测等，都是量子计算机的重要应用场景之一。量子计算被强调为技术战略中的有力竞争者，并正持续受到全球各国政府的推动。据估计，到 2046 年量子计算市场规模将超过 210 亿美元，并以 26.7% 的复合年增长率增长。

目前，更大、更强的量子芯片仍在持续研发中。掌握此类过渡态将是释放量子技术全部潜力的关键。