Квантові алгоритми можуть досліджувати більші молекули

Команда в Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) змогла розрахувати електронні орбіталі та їх динамічний розвиток на прикладі малої молекули після лазерного імпульсу. За словами експертів, цей метод міг би допомогти досліджувати більші молекули, які не можуть бути розрахованими традиційними методами.

Ця нова розробка сприяє розвитку квантових комп’ютерів, які могли б суттєво скоротити час обчислень для складних проблем.

Дослідження було опубліковано в Journal of Chemical Theory and Computation.

Розробка квантових алгоритмів

Анніка Банде очолює групу теоретичної хімії в HZB.

“Ці квантові алгоритми були спочатку розроблені в зовсім іншому контексті. Ми використали їх тут вперше для розрахунку електронної густини молекул, зокрема також їх динамічної еволюції після збудження світловим імпульсом”, – говорить Банде.

Фабіан Лангкабель є частиною групи.

“Ми розробили алгоритм для фіктивного, повністю безпомилкового квантового комп’ютера та запустили його на класичному сервері, який імітує квантовий комп’ютер з десятьма кубітами”, – говорить Лангкабель.

Команда вчених обмежила своє дослідження меншими молекулами, що дозволило їм виконувати розрахунки без справжнього квантового комп’ютера. Вони також могли порівняти їх з традиційними розрахунками.

Переваги над традиційними методами

Квантові алгоритми дають результати, які команда шукала. На відміну від традиційних розрахунків, квантові алгоритми могли б розрахувати більші молекули з майбутніми квантovými комп’ютерами.

“Це пов’язано з часом розрахунку. Він збільшується з кількістю атомів, які складають молекулу”, – продовжує Лангкабель.

Коли мова йде про традиційні методи, час розрахунку множиться з кожним додатковим атомом. Але це не так для квантових алгоритмів, оскільки вони стають швидшими з кожним додатковим атомом.

Нове дослідження демонструє, як розрахувати електронну густину та її “відповідь” на збудження світлом заздалегідь. Воно також використовує дуже високу просторову та тимчасову роздільність.

Цей метод дозволяє симулювати та розуміти ультраблизькі процеси розпаду, які важливі для квантових комп’ютерів, що складаються з “квантових точок”. Він також дозволяє робити передбачення про фізичну або хімічну поведінку молекул, які можуть відбуватися під час поглинання світла та передачі електричних зарядів.

Все це сприяє розвитку фотокаталізаторів для виробництва зеленого водню із сонячного світла та дає краще розуміння процесів у світлочутливих рецепторних молекулах ока.