Αλγόριθμοι Κβαντικής Υπολογιστικής Μπορούν Να Ερευνήσουν Μεγαλύτερες Μοριακές Ουσίες

Μια ομάδα στο Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) μπόρεσε να υπολογίσει τους ηλεκτρονιακούς τροχιακούς και την δυναμική τους εξέλιξη με το παράδειγμα μιας μικρής μοριακής ουσίας μετά από μια激発 λάser. Σύμφωνα με τους εμπειρογνώμονες, αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να βοηθήσει στην έρευνα μεγαλύτερων μοριακών ουσιών που δεν μπορούν να υπολογιστούν με συμβατικές μεθόδους.

Η νέα ανάπτυξη βοηθά στην εξέλιξη των κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι θα μπορούσαν να μειώσουν δραστικά τους χρόνους υπολογισμού για σύνθετα προβλήματα.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Journal of Chemical Theory and Computation.

Ανάπτυξη Αλγορίθμων Κβαντικής Υπολογιστικής

Η Annika Bande ηγείται μιας ομάδας θεωρητικής χημείας στο HZB.

«Αυτοί οι αλγόριθμοι κβαντικής υπολογιστικής αναπτύχθηκαν αρχικά σε ένα完全 διαφορετικό контекスト. Τα χρησιμοποιήσαμε εδώ για πρώτη φορά για να υπολογίσουμε τις πυκνότητες ηλεκτρονίων των μοριακών ουσιών, ιδιαίτερα επίσης την δυναμική εξέλιξη μετά την激発 από einen λάser», λέει η Bande.

Ο Fabian Langkabel είναι μέρος της ομάδας.

«Αναπτύξαμε έναν αλγόριθμο για einen φανταστικό,完全 απαλλαγμένο από λάθη κβαντικό υπολογιστή και τον εκτελέσαμε σε einen κλασικό διακομιστή που προσομοιώνει einen κβαντικό υπολογιστή των δέκα Qbits», λέει ο Langkabel.

Η ομάδα των επιστημόνων περιόρισε τη μελέτη τους σε μικρότερες μοριακές ουσίες, οι οποίες τους επέτρεψαν να thựcήσουν τους υπολογισμούς χωρίς einen πραγματικό κβαντικό υπολογιστή. Μπορούν επίσης να τις συγκρίνουν με συμβατικούς υπολογισμούς.

Πλεονεκτήματα Συγκριτικά με Συμβατικές Μέθοδους

Οι αλγόριθμοι κβαντικής υπολογιστικής παράγουν τα αποτελέσματα που η ομάδα αναζητούσε. Σε αντίθεση με τους συμβατικούς υπολογισμούς, οι αλγόριθμοι κβαντικής υπολογιστικής θα μπορούσαν να υπολογίσουν μεγαλύτερες μοριακές ουσίες με μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.

«Αυτό έχει να κάνει με τους χρόνους υπολογισμού. Αυτοί αυξάνονται με τον αριθμό των ατόμων που αποτελούν τη μοριακή ουσία», συνεχίζει ο Langkabel.

Όταν πρόκειται για συμβατικές μεθόδους, ο χρόνος υπολογισμού πολλαπλασιάζεται με κάθε επιπλέον άτομο. Αλλά αυτό δεν ισχύει για τους αλγορίθμους κβαντικής υπολογιστικής, καθώς γίνονται πιο γρήγοροι με κάθε επιπλέον άτομο.

Η νέα μελέτη демонстрирует πώς να υπολογίσετε τις πυκνότητες ηλεκτρονίων και την «απάντηση» τους σε激発 με φως σε προηγούμενο στάδιο. Χρησιμοποιεί επίσης πολύ υψηλές χωρικές και χρονικές αναλύσεις.

Η μέθοδος καθιστά δυνατό το σίμουλेशन και την κατανόηση των υπερταχύων διαδικασίων αποσύνθεσης, τα οποία είναι σημαντικά για κβαντικούς υπολογιστές που αποτελούνται από «κβαντικά σημεία». Επίσης, καθιστά δυνατό να γίνουν προβλέψεις για τη φυσική ή χημική συμπεριφορά των μοριακών ουσιών, η οποία θα μπορούσε να λάβει χώρα κατά τη διάρκεια της απορρόφησης του φωτός και της μεταφοράς ηλεκτρικών φορτίων.

Όλα αυτά βοηθούν στην διευκόλυνση της ανάπτυξης φωτοκαταλυτών για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου με ηλιακό φως και παρέχουν καλύτερη κατανόηση των διαδικασιών στις φωτοευαίσθητες υποδοχείς μοριακών ουσιών στο μάτι.