Các Thuật Toán Lượng Tử Có Thể Điều Tra Molecules Lớn Hơn

Một nhóm nghiên cứu tại Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) đã có thể tính toán các quỹ đạo electron và sự phát triển động của chúng trên một phân tử nhỏ sau khi kích thích bằng một xung laser. Theo các chuyên gia, phương pháp này có thể giúp điều tra các phân tử lớn hơn mà không thể tính toán được bằng các phương pháp thông thường.

Phát triển mới này giúp thúc đẩy sự phát triển của máy tính lượng tử, có thể cắt giảm đáng kể thời gian tính toán cho các vấn đề phức tạp.

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Journal of Chemical Theory and Computation.

Phát Triển Các Thuật Toán Lượng Tử

Annika Bande dẫn đầu một nhóm về hóa học lý thuyết tại HZB.

“Các thuật toán máy tính lượng tử này ban đầu được phát triển trong một ngữ cảnh hoàn toàn khác. Chúng tôi sử dụng chúng ở đây để tính toán mật độ electron của các phân tử, đặc biệt là sự tiến hóa động của chúng sau khi kích thích bằng một xung ánh sáng,” Bande nói.

Fabian Langkabel là một phần của nhóm.

“Chúng tôi đã phát triển một thuật toán cho một máy tính lượng tử giả tưởng, hoàn toàn không có lỗi và chạy nó trên một máy chủ cổ điển mô phỏng một máy tính lượng tử có 10 Qbit,” Langkabel nói.

Đội ngũ các nhà khoa học đã hạn chế nghiên cứu của mình đối với các phân tử nhỏ hơn, cho phép họ thực hiện các tính toán mà không cần một máy tính lượng tử thực sự. Họ cũng có thể so sánh chúng với các tính toán thông thường.

Lợi Ích So Với Các Phương Pháp Thông Thường

Các thuật toán lượng tử tạo ra kết quả mà nhóm đang tìm kiếm. Không giống như các tính toán thông thường, các thuật toán lượng tử có thể tính toán các phân tử lớn hơn với các máy tính lượng tử trong tương lai.

“Điều này liên quan đến thời gian tính toán. Chúng tăng lên với số nguyên tử tạo nên phân tử,” Langkabel tiếp tục.

Khi nói đến các phương pháp thông thường, thời gian tính toán tăng gấp nhiều lần với mỗi nguyên tử thêm. Nhưng điều này không xảy ra với các thuật toán lượng tử vì chúng trở nên nhanh hơn với mỗi nguyên tử thêm.

Nghiên cứu mới này chứng minh cách tính toán mật độ electron và phản ứng của chúng với các kích thích ánh sáng trước. Nó cũng sử dụng độ phân giải không gian và thời gian rất cao.

Phương pháp này cho phép mô phỏng và hiểu các quá trình phân rã siêu nhanh, rất quan trọng đối với các máy tính lượng tử bao gồm các “điểm lượng tử”. Nó cũng cho phép dự đoán về hành vi vật lý hoặc hóa học của các phân tử, có thể xảy ra trong quá trình hấp thụ ánh sáng và chuyển giao điện tích.

Tất cả những điều này giúp thúc đẩy sự phát triển của các chất xúc tác quang để sản xuất hydro xanh bằng ánh sáng mặt trời và cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về các quá trình trong các phân tử thụ thể ánh sáng trong mắt.