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

Một nhóm 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 ví dụ của một phân tử nhỏ sau khi kích thích bằng xung laser. Theo các chuyên gia, phương pháp này có thể giúp điều tra các phân tử lớn hơn mà không thể được tính toán bằng các phương pháp thông thường. 

Sự 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 đã sử dụng chúng ở đây lần đầu tiên để tính toán mật độ electron của các phân tử, đặc biệt là sự tiến hóa động của chúng sau khi kích thích bởi 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 hoàn toàn không có lỗi và chạy nó trên một máy chủ cổ điển mô phỏng một máy tính lượng tử có mười Qbit,” Langkabel nói. 

Đội ngũ các nhà khoa học đã giới hạn nghiên cứu của họ trong các phân tử nhỏ hơn, điều này 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 lượng 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 đúng 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 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 suy giảm siêu nhanh, điều quan trọng đối với máy tính lượng tử bao gồm “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 điều này giúp tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các chất xúc tác quang để sản xuất hydro xanh bằng ánh sáng mặt trời, và nó cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về các quá trình trong các phân tử thụ thể nhạy cảm với ánh sáng trong mắt.