Max Home IndustryКвантовые компьютеры — это новый рубеж в передовых исследовательских технологиях, с потенциальными приложениями, такими как выполнение критических вычислений, защита финансовых активов или прогнозирование молекулярного поведения в фармацевтике. Исследователи из городского университета Осаки решили главную проблему, мешающую практическому использованию крупномасштабных квантовых компьютеров: точные и точные предсказания поведения атомов и молекул.
Они опубликовали свой метод удаления посторонней информации из квантово-химических расчетов 17 сентября в виде расширенной онлайн-статьи в Physical Chemistry Chemical Physics , журнале Королевского химического общества.
«Одним из наиболее ожидаемых приложений квантовых компьютеров является моделирование электронной структуры атомов и молекул», — заявили авторы статьи Кенджи Сугисаки, преподаватель, и Такеджи Такуи, почетный профессор кафедры химии и молекулярных материаловедения, выпускник городского университета Осаки. Школа наук.
Квантово-химические расчеты повсеместно используются в научных дисциплинах, включая разработку фармацевтической терапии и исследования материалов. Все расчеты основаны на решении уравнения физика Эрвина Шредингера, в котором используются электронные и молекулярные взаимодействия, которые приводят к определенному свойству для описания состояния квантово-механической системы.
«Уравнения Шредингера управляют любым поведением электронов в молекулах, включая все химические свойства молекул и материалов, включая химические реакции», — сказали Сугисаки и Такуи.
На классических компьютерах для таких точных уравнений требовалось экспоненциальное время. На квантовых компьютерах такая точность возможна в реальном времени, но, по их мнению, требует «очистки» во время вычислений, чтобы получить истинный характер системы.
Квантовая система в определенный момент времени, известная как волновая функция, обладает свойством, описываемым как спин, который представляет собой сумму спина каждого электрона в системе. Из-за аппаратных сбоев или математических ошибок, могут быть неправильные вращения, информирующие о вычислении вращения системы. Чтобы удалить эти «спиновые примеси», исследователи реализовали алгоритм, который позволяет им выбирать желаемое квантовое число спина. Это очищает спин, удаляя загрязнения во время каждого расчета — по их словам, впервые на квантовых компьютерах.
«Квантово-химические расчеты, основанные на точном решении уравнений Шредингера для любого поведения атомов и молекул, могут позволить предсказывать их физико-химические свойства и полную интерпретацию химических реакций и процессов», — заявили они, отметив, что это невозможно. с доступными в настоящее время классическими компьютерами и алгоритмами. «Настоящая статья дала решение путем реализации квантового алгоритма на квантовых компьютерах».
Далее исследователи планируют разработать и реализовать алгоритмы, предназначенные для определения состояния электронов в молекулах с одинаковой точностью как для возбужденных, так и для основных электронов.