量子コンピューターによる進化のシミュレーション

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ビデオ: 【解説】量子コンピューター 2023, 2月
量子コンピューターによる進化のシミュレーション
量子コンピューターによる進化のシミュレーション
Anonim
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スペインと中国の科学者のグループが、量子コンピューター上で2つの原始的な生き物の進化をシミュレートしました。これを行うために、研究者はIBM ibmqx4クラウド量子コンピューターを使用し、そのようなシステムでは進化の法則が実際に満たされることを示しました。記事のプレプリントはarXiv.orgのWebサイトに掲載されています。

生命の起源と進化の問題は、科学にとって最も困難で物議を醸す問題の1つです。この問題は、さまざまな方法で調査できます。たとえば、進化の数学的モデルを開発したり、コンピューターで仮想プロセスを計算したりできます。最近まで、科学者は計算に通常のコンピューターしか使用できませんでしたが、現在、研究者が進化の過程をよりよくシミュレートするのに役立つ市販の量子コンピューターのサンプルがあります。

この記事では、Unai Alvarez-Rodriguezが率いる科学者のチームが、5キュービットで動作し、誰でもクラウドからアクセスできる商用IBM量子コンピューターibmqx4上の単純なシステムの進化をモデル化しました。このコンピューターは、2016年春にIBMによって発売され、今年の終わりまでに、IBMは、すでに20キュービットで動作するこのクラウドコンピューターの新しいバージョンを発売することを約束しています。

科学者によってモデル化されたシステムには、2つの原始的な「生き物」が含まれていました。これらの生き物のそれぞれは、それらの「遺伝子型」と「表現型」がコード化された2つのキュービットで構成されていました。遺伝子型には、生細胞の種類を説明する情報が含まれており、世代から世代へと受け継がれていました(DNAの非常に単純化された類似体の一種)。表現型の状態は次の世代に受け継がれませんでしたが、生き物の「生命」の間に、環境や第二の生き物との相互作用によって変化し、その寿命を決定しました。

普通の生き物のように、モデルのものは同じ人生の段階を生きましたが、量子効果の助けを借りてのみ実現されました。ですから、生命にとって最も重要なプロセスは自己複製であり、これにより生物は遺伝情報を複製し、将来の世代に伝達することができます。科学者たちは、遺伝子型を表すキュービットと純粋なキュービットを絡み合わせ、最初のキュービットから2番目のキュービットに情報を転送することでこのプロセスを実装しました。

次に、外部環境との相互作用は、生き物の表現型によって決定されました。この相互作用の過程で、表現型の状態は徐々に破壊され、老化をシミュレートしました。キュービットが特定の漸近状態に達したときに最終的な死が発生しました。自然淘汰をシミュレートするために、各世代で、科学者は長生きした生き物の遺伝子型を選択し、主にコピーしました。

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突然変異のプロセス、つまり、4キュービットの提案されたシステムにおける表現型交換(上)と自己コピー(下)

研究者たちはまた、ランダムコピー変異をシミュレートしました。これを行うために、彼らは時折、2つの生き物の表現型を混合し、遺伝子型を変更しませんでした。もちろん、これは、異なる個体の遺伝情報が混合される有性生殖とは異なりますが、単純な分裂によって複製する通常の細胞をシミュレートするのに適しています。

科学者たちはこれらのプロセスを何度も繰り返しました。たとえば、表現型を混合しない実験では、8192世代が変化する時間がありました。さまざまな種類の突然変異を伴うプロセスをシミュレートする場合、科学者は突然変異の頻度を2/27と見なして、計算を1024回繰り返しました。

その結果、突然変異は生き物が生き残るのに本当に役立つことが判明しました-この場合、それらの平均寿命は表現型を混合せずに進化よりもわずかに長くなりました。全体として、得られた実験データは理論とかなりよく一致しており、以前は古典的なコンピューター分布で計算されていました(「純度」は約93%)。しかし、科学者たちは、量子ビットの数が少ないと、進化の過程に厳しい制限が課せられることに注意しています。したがって、彼らは新しいバージョンのIBMクラウドコンピューターで実験を繰り返す予定です。

11月末に、2つの科学者グループが51キュービットと53キュービットで動作する量子コンピューターの作成をすぐに発表しました。両方のグループは、コヒーレントで完全に制御可能な状態でそのような多数のキュービットを維持することができただけでなく、古典的なコンピューターでは計算できないいくつかの現象をシミュレートしました。あなたは私たちの資料で量子コンピューターと量子優位性についてもっと読むことができます。

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