الگوریتم های کوانتومی در محاسبه دینامیک الکترون در زمان صرفه جویی می کنند — ScienceDaily


کامپیوترهای کوانتومی زمان محاسباتی بسیار کوتاه تری را برای مشکلات پیچیده وعده می دهند. اما هنوز تعداد کمی از کامپیوترهای کوانتومی در سرتاسر جهان با تعداد محدودی به اصطلاح کیوبیت وجود دارد. با این حال، الگوریتم‌های کامپیوتر کوانتومی می‌توانند روی سرورهای معمولی که یک کامپیوتر کوانتومی را شبیه‌سازی می‌کنند، اجرا شوند. تیمی در HZB موفق به محاسبه اوربیتال های الکترونی و توسعه دینامیکی آنها بر روی مثالی از یک مولکول کوچک پس از تحریک پالس لیزر شده اند. در اصل، این روش برای بررسی مولکول‌های بزرگ‌تر که با استفاده از روش‌های معمولی قابل محاسبه نیستند نیز مناسب است.

آنیکا باند، سرپرست یک پالس نوری، می‌گوید: “این الگوریتم‌های کامپیوتر کوانتومی در ابتدا در زمینه کاملاً متفاوتی توسعه یافتند. ما برای اولین بار از آنها برای محاسبه چگالی الکترونی مولکول‌ها، به ویژه تکامل دینامیکی آنها پس از تحریک توسط یک پالس نور استفاده کردیم.” گروه شیمی نظری در HZB. او به همراه فابیان لانگکابل، که دکترای خود را با بانده می گذراند، اکنون در یک مطالعه نشان داده است که این کار چقدر خوب عمل می کند.

کامپیوتر کوانتومی بدون خطا

Fabian Langkabel می‌گوید: «ما الگوریتمی را برای یک رایانه کوانتومی ساختگی و کاملاً بدون خطا ایجاد کردیم و آن را بر روی یک سرور کلاسیک شبیه‌سازی یک رایانه کوانتومی ده کیوبیت اجرا کردیم. دانشمندان مطالعه خود را به مولکول های کوچکتر محدود کردند تا بتوانند محاسبات را بدون کامپیوتر کوانتومی واقعی انجام دهند و آنها را با محاسبات معمولی مقایسه کنند.

محاسبات سریعتر

در واقع، الگوریتم های کوانتومی نتایج مورد انتظار را تولید کردند. با این حال، برخلاف محاسبات مرسوم، الگوریتم‌های کوانتومی برای محاسبه مولکول‌های بزرگ‌تر با رایانه‌های کوانتومی آینده نیز مناسب هستند: “این به زمان‌های محاسبه مربوط می‌شود. آنها با تعداد اتم‌هایی که مولکول را تشکیل می‌دهند افزایش می‌یابند.” . در حالی که زمان محاسبات با هر اتم اضافی برای روش‌های مرسوم چند برابر می‌شود، این مورد در مورد الگوریتم‌های کوانتومی صدق نمی‌کند، که آن‌ها را بسیار سریع‌تر می‌کند.

فوتوکاتالیز، دریافت نور و موارد دیگر

بنابراین این مطالعه روش جدیدی را برای محاسبه چگالی الکترون و “پاسخ” آنها به تحریکات با نور با وضوح مکانی و زمانی بسیار بالا نشان می دهد. برای مثال، شبیه سازی و درک فرآیندهای فروپاشی فوق سریع، که در کامپیوترهای کوانتومی ساخته شده از به اصطلاح نقاط کوانتومی نیز بسیار مهم هستند، امکان پذیر است. همچنین پیش‌بینی‌هایی در مورد رفتار فیزیکی یا شیمیایی مولکول‌ها، به عنوان مثال در طول جذب نور و متعاقباً انتقال بارهای الکتریکی، امکان‌پذیر است. این می‌تواند توسعه فوتوکاتالیست‌ها را برای تولید هیدروژن سبز با نور خورشید تسهیل کند یا به درک فرآیندهای مولکول‌های گیرنده حساس به نور در چشم کمک کند.

منبع داستان:

مواد تهیه شده توسط مرکز هلمهولتز برلین برای مواد و انرژی. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.



منبع

Matthew Newman

Matthew Newman Matthew has over 15 years of experience in database management and software development, with a strong focus on full-stack web applications. He specializes in Django and Vue.js with expertise deploying to both server and serverless environments on AWS. He also works with relational databases and large datasets
[ Back To Top ]