科学家正在利用量子计算机探索宇宙以寻找外星生命，尽管目前还不能确定他们能否找到真正的外星人，但是当前取得的研究成果已经相当令人兴奋。该研究项目由提供量子软件服务的 Zapata Computing与英国赫尔大学共同实践[1]，科学家们将使用量子计算机帮助他们检测外太空中可能是生命前兆的分子。 在为期八周的计划中，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，通过探索外太空中可能是生命前兆的分子，最终证明，量子计算是否可以为天体物理学家的工作提供有益的推动。探测外太空中的生命听起来是一项相当棘手的任务。其原因是由于科学家没有办法在外太空亲自观察分子，以寻找具有创造和维持生命潜力的分子的证据，他们只能依靠其它方法。通常情况下，天体物理学家关注的是光，因为它可以通过望远镜进行分析。光（例如，由附近恒星产生的红外辐射）经常与外层空间的分子发生相互作用，当相互作用发生时，粒子会振动、旋转并吸收一些光，在光谱数据上留下一个特定的特征，科学家们就可以在地球上获取这些特征。 接下来，研究人员要做的就是检测这些特征并追溯到它们对应的分子。 麻省理工学院的研究人员此前已经确定，超过 14,000 个分子[2]可以表明系外行星大气中的生命迹象。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 。这就是赫尔大学为自己设定的挑战，该机构的天体物理学中心实际上希望生成一个可检测生物特征的数据库。 赫尔大学分子物理学和天体化学高级讲师 David Benoit 说，二十年来，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，这种方法正在迅速失去动力。 赫尔中心的研究人员进行的计算涉及准确描述电子如何在相关的分子内相互作用，例如氢、氧、氮等。Benoit 表示，在经典计算机上，我们可以描述相互作用，但问题是这是一个阶乘算法，这意味着你拥有的电子越多，你的问题就会增长得越快。例如，我们可以用两个氢原子来实践，但是，当你拥有更大的分子时，比如二氧化碳，你就会开始有点失去理智，因为尽管你使用的是超级计算机，也没有足够的内存或算力来做到这一点。因此，用经典方法模拟这些交互，最终是以准确性为代价的。然而，与经典计算机不同的是，量子系统建立在量子力学原理之上，那些在最小尺度上支配粒子行为的原理，与分子中电子和原子的行为所依据的原理相同。这促使赫尔大学与Zapata合作，通过使用量子计算机来解决太空生命的量子问题。 Benoit 表示，该系统是量子系统，与其拿一个经典计算机来模拟所有的量子事物，不如拿一个量子事物来代替测量，以尝试提取想要的量子数据。因此，从本质上讲，量子计算机可以准确计算定义复杂量子系统（如分子）行为的模式，而无需像经典模拟那样需要巨大的计算能力。 然后，从量子计算中提取的关于电子行为的数据可以与经典方法相结合，以模拟空间中分子与光接触时的特征。 目前可用于执行此类计算的量子计算机仍然是有限的，大多数系统都没有突破 100 个量子比特，这不足以模拟非常复杂的分子。 然而，这并没有让研究人员望而却步。他们通过采取一些措施，将量子行为从小系统外推到真实的系统。当前研究人员已经可以使用从几个量子比特得到的数据，由于这些数据是精确的，因此可以以此来进行推断。 Benoit 表示，这并不意味着将彻底摆脱该中心的超级计算机。该计划才刚刚开始，在接下来的八周中，研究人员将研究是否有可能在量子计算机的帮助下小规模提取这些精确的物理数据，以协助大规模计算。 如果该项目成功，它可能构成量子计算机的早期用例，尽管目前存在技术限制，但可以证明该技术的实用性，这本身就是一个相当不错的成就。[1]https://www.globenewswire.com/news-release/2021/10/06/2309608/0/en/Zapata-Computing-Partners-with-University-of-Hull-to-Leverage-Quantum-Computing-in-Search-for-Life-in-Deep-Space.html
[2]https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27096351/
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