量子アルゴリズムはより大きな分子を調査する可能性がある

ヘルムホルツ・ベルリン材料エネルギー研究センター（HZB）のチームは、レーザーパルス励起後の小分子の電子軌道とその動的発展を計算することができた。専門家によると、この方法は、従来の方法では計算できないより大きな分子を調査するのに役立つ可能性がある。

この新しい開発は、複雑な問題の計算時間を大幅に短縮できる量子コンピュータの進歩に貢献する。

研究は、Journal of Chemical Theory and Computation.に掲載された。

量子アルゴリズムの開発

アンニカ・バンデは、HZBの理論化学グループを率いている。

「これらの量子コンピュータアルゴリズムは、もともと完全に異なる文脈で開発された。私たちは、ここで初めて、分子の電子密度、特に励起後の光パルスによる動的進化を計算するためにそれらを使用した」とバンデは言う。

ファビアン・ランクバベルはグループの一員である。

「私たちは、完全にエラーのない仮想量子コンピュータのアルゴリズムを開発し、それを10個のキュービットを持つ量子コンピュータをシミュレートするクラシックサーバーで実行した」とランクバベルは言う。

科学者のチームは、研究を小分子に限定し、実際の量子コンピュータなしで計算を実行できるようにした。彼らはまた、それらを従来の計算と比較することができた。

従来の方法との違い

量子アルゴリズムは、チームが探していた結果を生み出した。従来の計算とは異なり、量子アルゴリズムは、将来の量子コンピュータでより大きな分子を計算することができる。

「これは、計算時間に関係する。分子を構成する原子の数が増えるにつれて、計算時間も増加する」とランクバベルは続ける。

従来の方法では、計算時間は各追加原子ごとに増加する。しかし、量子アルゴリズムの場合、各追加原子ごとに計算時間が短縮される。

新しい研究は、光励起に対する電子密度とその「応答」を事前に計算する方法を示している。また、非常に高解像度の空間と時間を使用している。

この方法により、超高速の崩壊プロセスをシミュレーションし、理解することが可能になる。これは、「量子ドット」で構成される量子コンピュータにとって重要である。また、光の吸収と電荷の移動中に起こる分子の物理的または化学的な挙動について予測することも可能になる。

すべてこれらは、太陽光を使用したグリーン水素の生産のための光触媒の開発を促進し、目にある光感受性受容体分子でのプロセスについての洞察を深めるのに役立つ。