Квантові алгоритми можуть досліджувати більші молекули

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

Ця нова розробка сприяє розвитку квантових комп’ютерів, які можуть суттєво скоротити час обчислень для складних задач. 

Дослідження було опубліковано в журналі 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 електрон-густини молекул, зокрема їх динамічного розвитку 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 із десяти кубітами”, – говорить Лангкабель. 

Команда вчених обмежила своє дослідження малими молекулами, що дозволило їм виконувати розрахунки без реального 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 можуть розрахувати більші молекули з майбутніми квантовими комп’ютерами. 

“Це пов’язано з часом розрахунків. Вони збільшуються з кількістю атомів, які складають молекулу”, – продовжує Лангкабель. 

Якщо говорити про традиційні методи, час обчислень 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 електрон-густину та їх “відповідь” на збудження світлом заздалегідь. Воно також використовує дуже високу просторову та тимчасову роздільність. 

Цей метод дозволяє симулювати та зрозуміти надшвидкі 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 переносу електричних зарядів. 

Все це сприяє розвитку фотокаталізаторів для виробництва зеленого водню з сонячного світла, а також надає краще розуміння процесів у світлочутливих рецепторних молекулах ока.