Задача для квантовых компьютеров оказалась по силам обычным — что это значит для науки

Generated by DALL·E

В последние годы квантовые компьютеры часто упоминались как ключ к решению задач, с которыми не справляются обычные вычислительные машины. Одной из таких задач считалось моделирование сложных молекул, особенно тех, которые играют важную роль в природе. Однако новые научные результаты показывают, что по крайней мере одна из таких «квантовых» проблем может быть решена и без квантовых технологий.

Речь идёт о молекуле под названием FeMoco — это активный центр фермента нитрогеназы. Именно с её помощью некоторые бактерии умеют превращать атмосферный азот в аммиак. Этот процесс называется азотфиксацией и лежит в основе жизни на Земле: без него растения не могли бы получать азот, а значит, не существовало бы привычных пищевых цепочек.

Учёные давно пытаются понять, как именно работает FeMoco. Если разобраться в этом механизме и научиться воспроизводить его в промышленности, можно было бы снизить энергозатраты на производство удобрений. Сегодня этот процесс требует огромного количества энергии и даёт значительные выбросы в атмосферу.

Проблема в том, что FeMoco — очень сложная система. В её центре находятся атомы железа и молибдена, электроны которых ведут себя необычно. Из-за этого стандартные методы квантовой химии работают плохо или требуют слишком больших вычислительных ресурсов. Именно поэтому FeMoco много лет приводили как пример задачи, для которой в будущем понадобятся полноценные квантовые компьютеры.

Эта молекула даже стала своего рода ориентиром для разработчиков квантовых технологий. Учёные оценивали, сколько кубитов и вычислительных операций потребуется, чтобы рассчитать её свойства с точностью, достаточной для химии. Такой уровень точности называют «химической точностью» — она позволяет делать практические выводы о реакциях и энергиях.

Однако в начале 2026 года группа исследователей опубликовала работу, в которой показала, что одну из самых популярных моделей FeMoco можно рассчитать на обычном компьютере. Используя современные классические алгоритмы и методы приближений, они смогли получить энергию основного состояния молекулы с той самой химической точностью.

Важно отметить, что речь идёт не о полном и окончательном описании реального FeMoco в живом организме. Учёные работали с моделью, которая уже много лет используется в научных статьях и расчётах, в том числе при оценке возможностей квантовых компьютеров. Тем не менее именно эта модель считалась слишком сложной для классических вычислений.

Этот результат не означает, что квантовые компьютеры стали ненужными. Скорее он показывает, что граница между возможностями классических и квантовых вычислений может смещаться. Задачи, которые ещё недавно считались недоступными без квантовых машин, со временем могут быть решены за счёт новых алгоритмов и более мощных обычных компьютеров.

Для науки это важный сигнал. Он говорит о том, что развитие квантовых технологий стоит сравнивать не только с текущими возможностями классических компьютеров, но и с тем, как быстро совершенствуются методы традиционных вычислений. А для практических задач, таких как изучение азотфиксации и создание более эффективных удобрений, это означает дополнительные пути к результату уже сегодня.