Квантовые алгоритмы могут изучать более крупные молекулы

Команда в 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 мнению экспертов, этот метод может помочь изучать более крупные молекулы, которые нельзя рассчитать с помощью традиционных методов.

Новое развитие помогает продвигать квантовые компьютеры, которые могут значительно сократить время вычислений для сложных задач.

Исследование было опубликовано в Journal of Chemical Theory and Computation.

Разработка квантовых алгоритмов

Анника Банде возглавляет группу по теоретической химии в HZB.

«Эти квантовые компьютерные алгоритмы были первоначально разработаны в совершенно другом контексте. Мы использовали их здесь впервые для расчета электронных плотностей молекул, в частности также их динамического развития после возбуждения световым импульсом», – говорит Банде.

Фабиан Лангкабель является частью группы.

«Мы разработали алгоритм для фиктивного, совершенно безошибочного квантового компьютера и запустили его на классическом сервере, имитирующем квантовый компьютер из десяти кубитов», – говорит Лангкабель.

Команда ученых ограничила свое исследование более мелкими молекулами, что позволило им выполнить расчеты без реального квантового компьютера. Они также смогли сравнить их с традиционными расчетами.

Преимущества над традиционными методами

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

«Это связано с временем расчета. Оно увеличивается с количеством атомов, составляющих молекулу», – продолжает Лангкабель.

Когда речь идет о традиционных методах, время вычисления умножается с каждым дополнительным атомом. Но это не так для квантовых алгоритмов, поскольку они становятся быстрее с каждым дополнительным атомом.

Новое исследование демонстрирует, как рассчитать электронные плотности и их «отклик» на возбуждение светом заранее. Оно также использует очень высокое пространственное и временное разрешение.

Этот метод позволяет模拟ровать и понимать сверхбыстрые процессы распада, которые важны для квантовых компьютеров, состоящих из «квантовых точек». Он также позволяет делать прогнозы о физическом или химическом поведении молекул, которые могут произойти во время поглощения света и переноса электрических зарядов.

Все это помогает облегчить разработку фотокатализаторов для производства зеленого водорода с помощью солнечного света и дает лучшее понимание процессов в светочувствительных рецепторных молекулах глаза.