哥本哈根大学的数学家们已经开发出一种升级量子计算机的方法，可以模拟复杂的量子系统，比如分子。他们的发现使我们更接近于能够预测新药在我们体内的表现，并有可能彻底改变药物的发展。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
开发一种新药可能需要10年以上的时间，耗资数亿到数十亿欧元不等，其间有多次失败的尝试。但是，如果我们能在实验室试验之前预测药物在体内的作用，并以此将整个过程从几年缩短到几个月，那会怎么样呢?
药物由分子组成，分子又由原子组成。由于原子以量子力学的方式运动，所以需要一台量子计算机来模拟它们的行为。这就是挑战所在。传统计算机无论有多大，都无法以同样的精度处理任务所需的大量信息。
在哥本哈根大学的量子生命中心，一个由物理学家、计算机科学家和数学家组成的团队，多年来一直致力于理解如何将所谓的量子模拟器(一种专用量子计算机)部署到这项任务中:模拟并在此过程中预测分子的行为。
所有量子计算机研究人员都在努力解决的一个基本问题是尺寸。今天的量子计算机实在太小了。在实践中，这意味着他们只能模拟几个原子，这是有问题的，因为药物中的复杂分子通常包含数百万个原子。
现在，量子生命团队在解决这个问题上迈出了重要的一步，他们提出了一个数学公式，使量子模拟器的编程变得更容易，这样做可以从相同大小的模拟器中提取更多的计算能力。
“量子模拟器不仅包括量子硬件，还包括量子软件——本质上，是使用量子模拟器的秘诀。“有了这些新结果，我们在软件方面取得了重大飞跃，提出了一种比以前更好的方法，可以扩大现有硬件的规模，解决更复杂的任务，”研究论文的第一作者、量子生命中心的博士生迪伦·哈雷说。
关于如何扩大量子模拟器的规模，传统观点认为它需要从头开始建造。新的量子算法解决了这一障碍，是量子软件的核心。
该算法在被模拟的粒子之间引入了可控的噪声量，以确保模拟不会停滞，而是按照预期进行。这个想法具有普遍性，可以应用于任何类型的量子硬件，无论它是基于原子、离子，还是像超导量子比特这样的人造原子。
“量子技术被视为创造未来新型和改进药物的关键。但是如果不能有效地扩展量子模拟器，它们的实际应用就非常有限。这就是为什么我们必须找出我们的量子软件如何支持这种扩展。量子理论教授、量子生命中心的中心负责人马蒂亚斯·克里斯托尔说:“现在我们有了一个方法来做到这一点。”
克里斯多尔认为，如果研究人员成功开发出有效的量子模拟器，前景将是革命性的:
“如果我们可以在进行任何实验之前使用计算机模拟新药在人体中的表现，它可能会从根本上改变我们开发和测试药物的方式，这将大大缩短从实验室到患者的时间。”
下一步将是在量子硬件上测试数学配方。
