Αλγόριθμοι Κβαντομηχανικής Μπορούν να Ερευνήσουν Μεγαλύτερες Μοριακές Οντότητες

Μια ομάδα στο Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) ήταν σε θέση να υπολογίσει τους ηλεκτρονιακούς τροχούς και την δυναμική εξέλιξή τους με το παράδειγμα μιας μικρής μοριακής οντότητας μετά από μια激励 laser. Σύμφωνα με τους ειδικούς, αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να βοηθήσει στην έρευνα μεγαλύτερων μοριακών οντοτήτων που δεν μπορούν να υπολογιστούν με συμβατικές μεθόδους.

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

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Journal of Chemical Theory and Computation.

Ανάπτυξη των Αλγορίθμων Κβαντομηχανικής

Η Annika Bande ηγείται μιας ομάδας θεωρητικής χημείας στο HZB.

«Αυτοί οι αλγόριθμοι κβαντικών υπολογιστών αναπτύχθηκαν αρχικά σε ένα完全 διαφορετικό контекст. Τα χρησιμοποιήσαμε εδώ για πρώτη φορά για να υπολογίσουμε τις πυκνότητες ηλεκτρονίων των μοριακών οντοτήτων, ιδιαίτερα επίσης την δυναμική εξέλιξή τους μετά από激励 από einen φωτεινό παλμό,» λέει η Bande.

Ο Fabian Langkabel είναι μέρος της ομάδας.

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

Η ομάδα των επιστημόνων περιόρισε τη μελέτη τους σε μικρότερες μοριακές οντότητες, οι οποίες τους επέτρεψαν να thựcούν τους υπολογισμούς χωρίς einen πραγματικό κβαντικό υπολογιστή. Μπορούσαν επίσης να τις συγκρίνουν με τις συμβατικές υπολογισμούς.

Πλεονεκτήματα έναντι των Συμβατικών Μεθόδων

Οι αλγόριθμοι κβαντομηχανικής παράγουν τα αποτελέσματα που η ομάδα αναζητούσε. Σε αντίθεση με τις συμβατικές υπολογισμούς, οι αλγόριθμοι κβαντομηχανικής θα μπορούσαν να υπολογίσουν μεγαλύτερες μοριακές οντότητες με μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.

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

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

Η νέα μελέτη δείχνει πώς να υπολογιστεί η πυκνότητα ηλεκτρονίων και η «απάντηση» τους σε激励 με φως. Χρησιμοποιεί επίσης πολύ υψηλές χωρικές και χρονικές αναλύσεις.

Η μέθοδος καθιστά δυνατό να προσομοιωθούν και να κατανοηθούν οι διαδικασίες διάσπασης ultrafast, οι οποίες είναι σημαντικές για τους κβαντικούς υπολογιστές που αποτελούνται από «κβαντικά σημεία». Επίσης, καθιστά δυνατό να γίνουν προβλέψεις για τη φυσική ή χημική συμπεριφορά των μοριακών οντοτήτων, οι οποίες θα μπορούσαν να λάβουν χώρα κατά τη διάρκεια της απορρόφησης του φωτός και της μεταφοράς ηλεκτρικών φορτίων.

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