گامی مهم به سوی اجرای اجتماعی محاسبات کوانتومی شیمیایی در رایانه کوانتومی -- ScienceDaily
انتشار: آذر 08، 1401
بروزرسانی: 24 تیر 1404

گامی مهم به سوی اجرای اجتماعی محاسبات کوانتومی شیمیایی در رایانه کوانتومی -- ScienceDaily

روش تفاضل محدود یک روش برای محاسبات مشتقات انرژی است. در یک کامپیوتر کلاسیک، محاسبات مبتنی بر این روش برای سیستم های یک بعدی حداقل به دو ارزیابی انرژی نیاز دارد. تحقیقات قبلی نشان داده است که یک کامپیوتر کوانتومی، در مقابل، صرف نظر از تعداد درجات آزادی، تنها به یک پرس و جو برای محاسبه مشتقات انرژی بر اساس روش تفاضل محدود نیاز دارد. با این حال، مدارهای کوانتومی مربوط به الگوریتم های کوانتومی که قادر به انجام محاسبات مشتقات انرژی هستند، پیاده سازی نشده اند.

در سال های اخیر، تحقیق و توسعه بر روی کامپیوترهای کوانتومی پیشرفت قابل توجهی داشته است. محاسبات شیمیایی کوانتومی برای ساختارهای الکترونیکی اتم ها و مولکول ها به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین کاربردهای کامپیوترهای کوانتومی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. به منظور استفاده از محاسبات شیمیایی کوانتومی برای شیمی و زمینه های مرتبط، توسعه روش های بهینه سازی هندسه برای یافتن پایدارترین ساختار مولکول ها ضروری است. بهینه سازی هندسه نیازمند محاسبات مشتقات انرژی با توجه به مختصات هسته ای مولکول ها است.

یک گروه تحقیقاتی شامل دکتر کنجی سوگیساکی، پروفسور کازونوبو ساتو، و پروفسور ممتاز تاکجی تاکوی از دانشکده علوم تحصیلات تکمیلی دانشگاه متروپولیتن اوزاکا، الگوریتم تخمین اختلاف فاز کوانتومی را با موفقیت گسترش داده است، یک الگوریتم کوانتومی عمومی برای محاسبات مستقیم شکاف های انرژی. برای فعال کردن محاسبه مستقیم تفاوت انرژی بین دو هندسه مولکولی مختلف. این امکان را برای محاسبه، بر اساس روش تفاضل محدود، مشتقات انرژی با توجه به مختصات هسته ای در یک محاسبه واحد فراهم می کند.

این تحقیق جدیدترین از سری مقالات محققان در مورد محاسبات شیمیایی کوانتومی در کامپیوترهای کوانتومی است. دکتر سوگیساکی گفت: «آخرین یافته های ما ما را یک قدم به استفاده از محاسبات شیمیایی کوانتومی روی یک کامپیوتر کوانتومی برای مشکلات دنیای واقعی نزدیک تر می کند. از آنجایی که محاسبات مشتقات انرژی نه تنها برای بهینه سازی هندسه مولکولی بلکه برای محاسبات مختلف برای خواص مولکولی استفاده می شود، انتظار می رود که کاربرد روش ما نقش بسیار مهمی در طیف گسترده ای از زمینه های مرتبط، مانند در سیلیکو کشف دارو/طراحی و توسعه مواد."



منبع

علاوه بر این، گروه تحقیقاتی از محاسبات مشتق انرژی توسعه یافته برای اجرای بهینه سازی های هندسی H استفاده کرده اند.2LiH, BeH2، و N2 مولکول ها بدون محاسبه کل انرژی ها، سودمندی روش توسعه یافته را نشان می دهد. این گروه همچنین بحث کردند که چگونه مدارهای کوانتومی را می توان با توجه به درجات مختلف آزادی مولکول ها جمع کرد.