特稿：新材料如何实现“量子飞跃”
新华社北京3月21日电特稿：新材料如何实现“量子飞跃”
新华社记者彭茜
长期以来，人们对量子信息技术应用的关注一直集中在数据传输和加密等领域。新研究将目光转向化学领域，使量子系统有望助力开发新药和新材料等。研究人员最近使用量子计算机对简单分子进行建模，实现新材料的“量子飞跃”，成为量子计算商用化的开始。
美国《麻省理工科技评论》日前将“材料的量子飞跃”列入2018全球十大突破性技术。
量子计算助力分子建模
美国国际商用机器公司(IBM)率先取得突破，采用7量子比特的量子计算机对小分子的电子结构成功进行仿真计算，相关成果发表在英国《自然》杂志上。借助该技术，科学家能了解分子的各个方面信息，开发出更有效药物和能源效率更高的新材料。
量子计算机如何带来材料的“量子飞跃”？首先，从量子计算基本原理看，量子计算机与传统计算机最大区别是运算方式：传统计算机的计算单位是比特，只能处于0或1的二进制状态；而量子计算机则将信息存储在量子比特中，量子比特以0和1的叠加态存在，并可使用量子纠缠和量子叠加等独特的量子效应进行信息处理，极大提高计算效率。
具体在材料研发领域，最大挑战是在分子建模中计算化合物的基本能态，即必须模拟出每个原子内电子与其他原子的相互作用，这种相互作用遵循量子力学原理。用传统计算机模拟这些分子结构要消耗大量能量，且随着分子内原子数增加，模拟愈加困难。相反，量子计算机在模拟这些具有量子特性的分子结构方面有天然优势。
