Квантовая химия на квантовых компьютерах

Новый квантовый алгоритм был реализован для идентификации важных физических величин, таких как спиновые квантовые числа, относящиеся к извилистым электронным волновым функциям на квантовых компьютерах, которые служат для отслеживания сложных химических реакций без экспоненциального / комбинаторного взрыва, давая точные решения уравнений Шредингера для химии, для первый раз.

Квантовые вычисления и технологии квантовой обработки информации привлекли внимание в недавно появившихся областях. Среди многих важных и фундаментальных вопросов современной науки решение уравнения Шредингера (SE) атомов и молекул является одной из конечных целей в химии, физике и смежных областях. SE является «первым принципом» нерелятивистской квантовой механики, решения которой, называемые волновыми функциями, могут дать любую информацию об электронах внутри атомов и молекул, предсказывая их физико-химические свойства и химические реакции. Исследователи из городского университета Осаки (OCU) в Японии, д-р К. Сугисаки, проф. К. Сато и Т.

Эти проблемы неразрешимы с любыми доступными в настоящее время суперкомпьютерами. Такой квантовый алгоритм способствует ускорению внедрения в практику квантовых компьютеров. В настоящее время химия и физика стремились предсказывать сложные химические реакции, применяя подходы Full-CI с 1929 года, но никогда не были успешными до сих пор. Теперь вычисления Full-CI потенциально способны прогнозировать химические реакции, и новый подход Full-CI, подходящий для прогнозирования физико-химических свойств, уже был реализован на квантовых компьютерах. В настоящее время исследовательская группа OCU установила возможную методологическую реализацию «наблюдаемых на квантовых компьютерах», таких как вычисление спиновых квантовых чисел произвольных волновых функций, что является ключевым вопросом в квантовой химии.

Они сказали: «Как заявил Дирак в 1929 году, когда была основана квантовая механика, точное применение математических теорий для решения СЭ приводит к уравнениям, слишком сложным, чтобы их можно было решить 1, Фактически, число переменных, которые должны быть определены в методе Full-CI, растет в геометрической прогрессии в зависимости от размера системы, и оно легко наталкивается на астрономические цифры, такие как экспоненциальный взрыв. Например, размерность расчета Full-CI для молекулы бензола C6H6, в которой участвуют только 42 электрона, составляет 1044, с которыми невозможно справиться ни одному суперкомпьютеру.

Что еще хуже, молекулярные системы в процессе диссоциации характеризуются чрезвычайно сложными электронными структурами (многоконфигурационной природы), и соответствующие численные расчеты невозможны на любых суперкомпьютерах. Помимо этих внутренних трудностей, в возникающих областях, таких как определение физических величин, относящихся к квантовой химии на квантовых компьютерах, была сложная проблема».