Komputery kwantowe
Algorytmy kwantowe mogą badać większe cząsteczki
Zespołowi z Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) udało się obliczyć orbitale elektronów i ich dynamiczny rozwój na przykładzie małej cząsteczki po wzbudzeniu impulsem laserowym. Zdaniem ekspertów metoda ta może pomóc w badaniu większych cząsteczek, których nie można obliczyć konwencjonalnymi metodami.
To nowe osiągnięcie pomaga udoskonalić komputery kwantowe, co może drastycznie skrócić czas obliczeń w przypadku złożonych problemów.
Badania zostały opublikowane w Journal of Chemical Theory and Computing .
Opracowywanie algorytmów kwantowych
Annika Bande prowadzi grupę zajmującą się chemią teoretyczną w HZB.
„Te algorytmy komputerów kwantowych zostały pierwotnie opracowane w zupełnie innym kontekście. Po raz pierwszy użyliśmy ich tutaj do obliczenia gęstości elektronów cząsteczek, a w szczególności ich dynamicznej ewolucji po wzbudzeniu impulsem świetlnym” – mówi Bande.
Fabian Langkabel jest częścią grupy.
„Opracowaliśmy algorytm dla fikcyjnego, całkowicie wolnego od błędów komputera kwantowego i uruchomiliśmy go na klasycznym serwerze symulującym komputer kwantowy składający się z dziesięciu Qbitów” – mówi Langkabel.
Zespół naukowców ograniczył swoje badania do mniejszych cząsteczek, co umożliwiło wykonanie obliczeń bez prawdziwego komputera kwantowego. Mogli także porównać je z konwencjonalnymi obliczeniami.
Korzyści w porównaniu z metodami konwencjonalnymi
Algorytmy kwantowe dają wyniki, których szukał zespół. W przeciwieństwie do konwencjonalnych obliczeń, algorytmy kwantowe będą mogły obliczać większe cząsteczki za pomocą przyszłych komputerów kwantowych.
„Ma to związek z czasami obliczeń. Zwiększają się wraz z liczbą atomów tworzących cząsteczkę” – kontynuuje Langkabel.
W przypadku metod konwencjonalnych czas obliczeń mnoży się z każdym dodatkowym atomem. Nie dotyczy to jednak algorytmów kwantowych, ponieważ stają się one szybsze z każdym dodatkowym atomem.
Nowe badanie pokazuje, jak z wyprzedzeniem obliczyć gęstość elektronów i ich „reakcję” na wzbudzenia światłem. Wykorzystuje również bardzo wysokie rozdzielczości przestrzenne i czasowe.
Metoda umożliwia symulację i zrozumienie ultraszybkich procesów rozpadu, ważnych dla komputerów kwantowych składających się z „kropek kwantowych”. Umożliwia także przewidywanie fizycznego lub chemicznego zachowania cząsteczek, jakie może zachodzić podczas absorpcji światła i przenoszenia ładunków elektrycznych.
Wszystko to ułatwia rozwój fotokatalizatorów do produkcji zielonego wodoru za pomocą światła słonecznego i zapewnia lepszy wgląd w procesy zachodzące w cząsteczkach światłoczułych receptorów w oku.
