Квантовые алгоритмы могут исследовать более крупные молекулы

Команда из Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) смогла рассчитать электронные орбитали и их динамическое развитие на примере небольшой молекулы после возбуждения лазерным импульсом. По словам экспертов, этот метод может помочь исследовать более крупные молекулы, которые невозможно рассчитать обычными методами. 

Новая разработка помогает продвигать квантовые компьютеры, которые могут значительно сократить время вычислений для решения сложных задач. 

Исследование было опубликовано в Журнал химической теории и вычислений.

Разработка квантовых алгоритмов 

Анника Банде возглавляет группу теоретической химии в HZB. 

«Эти алгоритмы квантового компьютера изначально разрабатывались в совершенно другом контексте. Мы впервые использовали их здесь для расчета электронной плотности молекул, в частности, их динамической эволюции после возбуждения световым импульсом», — говорит Банде. 

Фабиан Лангкабель является частью группы.

«Мы разработали алгоритм для вымышленного, полностью безошибочного квантового компьютера и запустили его на классическом сервере, имитирующем квантовый компьютер с десятью кубитами», — говорит Лангкабель. 

Команда ученых ограничила свое исследование меньшими молекулами, что позволило им выполнять расчеты без настоящего квантового компьютера. Они также могли сравнить их с обычными расчетами. 

Преимущества перед обычными методами

Квантовые алгоритмы дают результаты, которые искала команда. В отличие от обычных расчетов, квантовые алгоритмы могут рассчитывать более крупные молекулы с помощью будущих квантовых компьютеров. 

«Это связано со временем расчета. Они увеличиваются с увеличением количества атомов, составляющих молекулу», — продолжает Лангкабель. 

Когда дело доходит до обычных методов, время вычислений увеличивается с каждым дополнительным атомом. Но это не относится к квантовым алгоритмам, поскольку они становятся быстрее с каждым дополнительным атомом. 

Новое исследование демонстрирует, как заранее рассчитать плотность электронов и их «отклик» на возбуждение светом. Он также использует очень высокое пространственное и временное разрешение. 

Метод позволяет моделировать и понимать сверхбыстрые процессы распада, важные для квантовых компьютеров, состоящих из «квантовых точек». Это также позволяет делать предсказания о физическом или химическом поведении молекул, которое может иметь место при поглощении света и переносе электрических зарядов. 

Все это помогает облегчить разработку фотокатализаторов для производства зеленого водорода солнечным светом и позволяет лучше понять процессы в молекулах светочувствительных рецепторов глаза.