Впервые в мире ученые смоделировали танец атомов в реальном времени на квантовом компьютере

Исследователи из Сиднейского университета совершили прорыв, впервые использовав квантовую машину для симуляции химических процессов в реальном времени. Ученые смогли наблюдать, как атомы взаимодействуют друг с другом и с светом, формируя новые соединения. Эта технология открывает перспективы для изучения процессов, недоступных даже самым мощным классическим суперкомпьютерам, сообщается в пресс-релизе университета.

Разработка, предложенная профессором Иваном Кассалом и доктором Тингреем Таном, основана на новой схеме кодирования, реализованной на квантовом компьютере с ионами в ловушке. Метод позволил смоделировать динамику взаимодействия света и химических связей с минимальными вычислительными ресурсами. «Наш подход можно сравнить с отслеживанием маршрута альпиниста в горах, фиксируя его положение и энергию в любой момент», — пояснил Кассал.

До сих пор квантовые компьютеры могли анализировать только статические характеристики молекул, такие как их энергетические уровни. Симуляция динамических процессов, особенно связанных с воздействием света, оставалась сложной задачей. Новый метод использует аналоговую квантовую симуляцию с одним захваченным ионом, что в миллион раз эффективнее традиционных цифровых подходов, требующих 11 кубитов и 300 000 операций.

В эксперименте ученые смоделировали взаимодействие света с тремя молекулами: алленом (C3H4), бутатриеном (C4H4) и пиразином (C4N2H4). Симуляция охватила процессы, происходящие в фемтосекундах, с временным масштабом, увеличенным в 100 миллиардов раз, что позволило воспроизвести их в миллисекундах. Этот прорыв опирается на предыдущие исследования 2023 года, где команда моделировала общие квантовые динамики.

Результаты исследования могут радикально изменить энергетический сектор, улучшив технологии солнечных батарей и повысив эффективность фотоэлементов за счет более глубокого понимания процессов, связанных с поглощением света. В будущем технология позволит моделировать сложные молекулы, недоступные для классических вычислений.

 Источник: Interesting Engineering