Квантовые компьютеры обещают значительно сократить время вычислений для решения сложных задач. Но во всем мире по-прежнему существует лишь несколько квантовых компьютеров с ограниченным числом так называемых кубитов. Однако алгоритмы квантового компьютера уже могут выполняться на обычных серверах, имитирующих квантовый компьютер. Команде из HZB удалось рассчитать электронные орбитали и их динамическое развитие на примере небольшой молекулы после возбуждения лазерным импульсом. В принципе, этот метод также подходит для исследования более крупных молекул, которые не могут быть рассчитаны с помощью обычных методов.
"Эти алгоритмы квантового компьютера изначально разрабатывались в совершенно другом контексте. Мы впервые использовали их здесь для расчета электронной плотности молекул, в частности, их динамической эволюции после возбуждения световым импульсом", - говорит Анника Банде, возглавляющая группу по теоретической химии в HZB. Вместе с Фабианом Лангкабелем, который защищает докторскую диссертацию в Bande, она теперь показала в исследовании, насколько хорошо это работает.
Безошибочный квантовый компьютер
"Мы разработали алгоритм для фиктивного, полностью безошибочного квантового компьютера и запустили его на классическом сервере, имитирующем квантовый компьютер с десятью битами", - говорит Фабиан Лангкабель. Ученые ограничили свое исследование более мелкими молекулами, чтобы иметь возможность выполнять вычисления без реального квантового компьютера и сравнивать их с обычными вычислениями.
Более быстрое вычисление
Действительно, квантовые алгоритмы дали ожидаемые результаты. Однако, в отличие от обычных вычислений, квантовые алгоритмы также подходят для вычисления значительно больших молекул с помощью будущих квантовых компьютеров: "Это связано со временем вычисления. Они увеличиваются с увеличением числа атомов, составляющих молекулу", - говорит Лангкабель. В то время как вычислительное время увеличивается с каждым дополнительным атомом для обычных методов, это не относится к квантовым алгоритмам, что делает их намного быстрее.
Фотокатализ, прием света и многое другое
Таким образом, исследование показывает новый способ предварительного расчета плотности электронов и их "отклика" на возбуждение светом с очень высоким пространственным и временным разрешением. Это позволяет, например, моделировать и понимать процессы сверхбыстрого распада, которые также имеют решающее значение в квантовых компьютерах, изготовленных из так называемых квантовых точек. Также возможны предсказания физического или химического поведения молекул, например, во время поглощения света и последующей передачи электрических зарядов. Это могло бы способствовать разработке фотокатализаторов для производства зеленого водорода с помощью солнечного света или помочь понять процессы в светочувствительных рецепторных молекулах в глазу.
Комментарии