Kvantiniai algoritmai gali ištirti didesnes molekules

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) komanda sugebėjo apskaičiuoti elektronų orbitales ir jų dinaminį vystymąsi mažos molekulės pavyzdžiu po lazerio impulso sužadinimo. Pasak ekspertų, šis metodas galėtų padėti ištirti didesnes molekules, kurių neįmanoma apskaičiuoti įprastais metodais. 

Naujoji plėtra padeda tobulinti kvantinius kompiuterius, kurie gali drastiškai sutrumpinti sudėtingų problemų skaičiavimo laiką. 

Tyrimas buvo paskelbtas Cheminės teorijos ir skaičiavimo žurnalas.

Kvantinių algoritmų kūrimas 

Annika Bande vadovauja teorinės chemijos grupei HZB. 

„Šie kvantinių kompiuterių algoritmai iš pradžių buvo sukurti visiškai kitame kontekste. Pirmą kartą juos panaudojome, norėdami apskaičiuoti molekulių elektronų tankį, ypač jų dinaminę raidą po sužadinimo šviesos impulsu“, – sako Bande. 

Fabianas Langkabelis yra grupės dalis.

„Sukūrėme fiktyvaus, visiškai be klaidų kvantinio kompiuterio algoritmą ir paleidome jį klasikiniame serveryje, imituojančiame dešimties Qbitų kvantinį kompiuterį“, – sako Langkabelis. 

Mokslininkų komanda apribojo savo tyrimą mažesnėmis molekulėmis, todėl jie galėjo atlikti skaičiavimus be tikro kvantinio kompiuterio. Jie taip pat galėtų juos palyginti su įprastais skaičiavimais. 

Privalumai, palyginti su įprastiniais metodais

Kvantiniai algoritmai duoda rezultatus, kurių komanda ieškojo. Skirtingai nuo įprastų skaičiavimų, kvantiniai algoritmai gali apskaičiuoti didesnes molekules su būsimais kvantiniais kompiuteriais. 

„Tai susiję su skaičiavimo laiku. Jie didėja didėjant atomų, sudarančių molekulę, skaičiui“, – tęsia Langkabelis. 

Kalbant apie įprastus metodus, skaičiavimo laikas padaugėja su kiekvienu papildomu atomu. Tačiau tai netinka kvantiniams algoritmams, nes jie tampa greitesni su kiekvienu papildomu atomu. 

Naujasis tyrimas parodo, kaip iš anksto apskaičiuoti elektronų tankį ir jų „atsaką“ į sužadinimą šviesa. Jis taip pat naudoja labai didelę erdvinę ir laiko skiriamąją gebą. 

Šis metodas leidžia imituoti ir suprasti itin greitus skilimo procesus, kurie yra svarbūs kvantiniams kompiuteriams, susidedantiems iš „kvantinių taškų“. Tai taip pat leidžia numatyti fizinį ar cheminį molekulių elgesį, kuris gali vykti sugeriant šviesą ir perduodant elektros krūvius. 

Visa tai palengvina fotokatalizatorių kūrimą žaliojo vandenilio gamybai su saulės šviesa ir leidžia geriau suprasti procesus, vykstančius šviesai jautrių receptorių molekulėse akyje.