Terobosan AI Peraih Hadiah Nobel Membuka Jalan bagi Kimia Kuantum

Esiklopedia Telkom University Portal rangkuman informasi dari semua cabang pengetahuan 2 minggu ago

0 9 3 minutes read

Terobosan AI Peraih Hadiah Nobel Membuka Jalan bagi Kimia Kuantum

Konsep Seni Kimia Kuantum Abstrak — AI dan komputasi kuantum merevolusi pengembangan obat-obatan dan ilmu material, yang ditandai dengan Hadiah Nobel baru-baru ini dan kemajuan komputasi kuantum yang dilakukan oleh tim Korea. Kredit: SciTechDaily.com

Hadiah Nobel Kimia dianugerahkan kepada tiga pemimpin di bidang AI karena memprediksi struktur protein, sementara tim peneliti Korea membuat kemajuan dalam bidang tersebut komputasi kuantummemperkirakan sifat molekul dengan cara yang belum pernah terjadi sebelumnya ketepatan dan sumber daya yang lebih sedikit, sehingga menjanjikan kemajuan dalam pengembangan obat-obatan dan ilmu material.

Hadiah Nobel Kimia baru saja dianugerahkan kepada Profesor David Baker dari Universitas WashingtonCEO Google DeepMind Hassabis, dan Penyelidik Utama John Jumper. Pekerjaan inovatif mereka menggunakan AI untuk memprediksi struktur protein, membuka kemungkinan-kemungkinan baru dalam penemuan obat dan pembuatan bahan-bahan canggih. Ketika AI dan ilmu data terus merevolusi penelitian, komputasi kuantum muncul sebagai kekuatan transformatif lainnya di bidang ini.

Kemajuan dalam Komputasi Kuantum

Di Institut Sains dan Teknologi Korea (KIST), tim peneliti Dr. Hyang-Tag Lim telah membuat kemajuan signifikan dalam komputasi kuantum. Mereka mengembangkan algoritma yang mampu memperkirakan jarak ikatan antar atom dan energi keadaan dasar dengan akurasi kimia, sambil menggunakan sumber daya yang lebih sedikit dibandingkan metode tradisional. Hebatnya, pendekatan mereka mencapai ketepatan ini tanpa bergantung pada teknik mitigasi kesalahan kuantum, sehingga menetapkan standar baru untuk perhitungan kuantum yang efisien.

Komputasi Kuantum Akurat AI Foton Qubits — Molekul VQE – Hidrogen (H2) Berbasis Orbital Angular Momentum Quantum / Perangkat pemrosesan kuantum berdasarkan keadaan qubit momentum sudut orbital diimplementasikan dengan menggunakan modulator cahaya spasial. Energi keadaan dasar model molekul H2 berdasarkan diperkirakan pada VQE. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

Mengatasi Tantangan Komputasi Kuantum

Komputer kuantum memiliki kelemahan yaitu kesalahan yang meningkat dengan cepat seiring dengan bertambahnya ruang komputasi pada tingkat saat ini. Untuk mengatasinya, muncullah metode Variational Quantum Eigensolver (VQE) yang menggabungkan keunggulan komputer klasik dan kuantum. VQE adalah algoritma hybrid yang dirancang untuk menggunakan Quantum Processing Unit (QPU) dan Classical Processing Unit (CPU) secara bersamaan untuk melakukan komputasi yang lebih cepat. Tim peneliti global, termasuk IBM dan Google, sedang menyelidikinya dalam berbagai sistem kuantum, termasuk sistem superkonduktor dan sistem ion terperangkap. Namun, VQE berbasis qubit saat ini hanya diterapkan hingga 2 qubit dalam sistem fotonik dan 12 qubit dalam sistem superkonduktor dan ditantang oleh masalah kesalahan yang menyulitkan penskalaan ketika diperlukan lebih banyak qubit dan komputasi kompleks.

Terobosan Dengan Qudits

Alih-alih qubit, tim menggunakan bentuk informasi kuantum berdimensi lebih tinggi yang disebut qudit. Qudit adalah unit kuantum yang dapat memiliki beberapa status, termasuk 0, 1, dan 2, selain 0 dan 1 yang dapat diwakili oleh qubit tradisional, sehingga bermanfaat untuk komputasi kuantum yang kompleks. Dalam studi ini, qudit diimplementasikan dengan keadaan momentum sudut orbital foton tunggal, dan perluasan dimensi dimungkinkan dengan menyesuaikan fase a foton melalui gambar holografik. Hal ini memungkinkan penghitungan dimensi tinggi tanpa gerbang kuantum yang rumit, sehingga mengurangi kesalahan.

Estimasi Energi Keadaan Dasar Model Molekul LiH — VQE Berbasis Kuantum Momentum Sudut Orbital – Molekul LiH / Skema percobaan VQE berbasis momentum sudut orbital qudit. Estimasi energi keadaan dasar model molekul LiH yang sesuai dengan 16 dimensi dengan pengaturan eksperimental yang sama untuk molekul hidrogen empat dimensi. Kredit: Institut Sains dan Teknologi Korea

Dampak dan Penerapan di Masa Depan

Tim menggunakan metode tersebut untuk melakukan penghitungan kimia kuantum dengan VQE untuk memperkirakan panjang ikatan antara molekul hidrogen dalam empat dimensi dan molekul litium hidrida (LiH) dalam 16 dimensi, pertama kalinya penghitungan 16 dimensi diwujudkan dalam sistem fotonik. Meskipun VQE konvensional dari IBM, Google, dan lainnya memerlukan teknik mitigasi kesalahan untuk keakuratan bahan kimia, VQE tim KIST mencapai akurasi bahan kimia tanpa teknik mitigasi kesalahan apa pun. Hal ini menunjukkan betapa akurasi tinggi dapat dicapai dengan sumber daya yang lebih sedikit, sehingga menunjukkan potensi penerapan luas di industri yang mengutamakan sifat molekuler. Hal ini juga diharapkan berguna dalam memecahkan masalah kompleks seperti pemodelan iklim.

“Dengan mengamankan teknologi komputasi kuantum berbasis qudit yang dapat mencapai akurasi kimia dengan sumber daya yang lebih sedikit, kami berharap teknologi tersebut dapat digunakan dalam berbagai bidang praktis, seperti pengembangan obat baru dan meningkatkan kinerja baterai,” kata Dr. Hyang-Tag Lim dari KIST.

Referensi: “Pemecah eigen kuantum variasional berbasis Qudit menggunakan keadaan momentum sudut orbital fotonik” oleh Byungjoo Kim, Kang-Min Hu, Myung-Hyun Sohn, Yosep Kim, Yong-Su Kim, Seung-Woo Lee dan Hyang-Tag Lim, 23 Oktober 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.ado3472