Kvanttimikroprosessori simuloi kvanttikemiaa

Kemiassa esimerkiksi molekyylien värähtelyspektrien tutkiminen on kriittistä molekyylien ominaisuuksien ymmärtämisessä molekyylisuunnittelussa ja -analyysissä. Se on kuitenkin edelleen pitkäaikainen laskennallisesti vaikea ongelma, jota ei voida ratkaista tehokkaasti perinteisillä supertietokoneilla.

Tutkijat työskentelevät ahkerasti kvanttitietokoneiden ja algoritmien parissa molekyylivärispektrien simuloimiseksi. Ne rajoittuvat kuitenkin yksinkertaisiin molekyylirakenteisiin, ja sielläkin kamppaillaan heikon tarkkuuden ja luontaisen kohinan kanssa.

Hongkongin ammattikorkeakoulun (PolyU) insinööritutkijat ovat onnistuneesti kehittäneet kvanttimikroprosessorisirun todellisten suurirakenteisten ja monimutkaisten molekyylien molekyylispektroskopiaan simulointiin, mikä on lajissaan maailman ensimmäinen saavutus.

Näiden kvanttivaikutusten tarkka kaappaaminen vaatii huolellisesti kehitettyjä simulaatioita, jotka ottavat huomioon kvanttiset superpositiot ja lomittumiset, joita on laskennallisesti intensiivistä mallintaa klassisesti.

Tämä huipputeknologia tasoittaa tietä monimutkaisten kvanttikemian ongelmien ratkaisemiseen, mukaan lukien kvanttilaskentasovellukset, jotka eivät ylitä klassisten tietokoneiden kykyjä.

Tohtori Hui Hui Zhun tiimi on kokeellisesti osoittanut laajamittaisen kvanttimikroprosessorisirun ja ottaneet käyttöön ei-triviaalin teoreettisen mallin, jossa käytetään lineaarista fotoniverkkoa ja puristettuja tyhjiökvanttivalolähteitä molekyylivärispektrien simuloimiseksi.

Kvanttimikroprosessoria voidaan soveltaa monimutkaisten tehtävien ratkaisemiseen, kuten suurten proteiinirakenteiden simulointiin tai molekyylireaktioiden optimointiin merkittävästi parannetulla nopeudella ja tarkkuudella. Tohtori Zhu sanoi: "Meidän lähestymistapamme voisi tuottaa varhaisen luokan käytännöllisiä molekyylisimulaatioita, jotka toimivat klassisten rajojen ulkopuolella ja tarjoavat lupauksen kvanttinopeuden saavuttamisesta asiaankuuluvissa kvanttikemian sovelluksissa."

Tutkijat valmistivat integroidun kvanttifotonisen mikroprosessorisirun monipuoliseksi simulointialustaksi, joka sisältää 16 tilaa yksimuotoisia puristettuja tyhjiötiloja ja täysin ohjelmoitavan interferometriverkon.

Tutkijat uskovat, että heidän lähestymistapa voisi tuottaa varhaisen luokan käytännön molekyylisimulaatioita, jotka toimivat klassisten rajojen ulkopuolella ja ovat lupaavia kvanttinopeuden saavuttamiseksi relevanteissa biokemiallisissa sovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Uusi resepti kvanttisimuloinnille

Timanteista kvanttisimulaattoreita

Lupaavia rakenneosia kvanttisimulaattoreille