Первое успешное квантовое моделирование молекулярных уровней энергий

Одной из сложнейших задач в современной физике является расчёт энергетических уровней различных молекул. Это необходимо, например, для того, чтобы аккуратно предсказывать скорость и ход химических реакций. Если бы мы научились решать эту задачу с необходимой точностью за разумные сроки, то это бы перевернуло всю существующую химическую промышленность.

К сожалению, точное решение такой задачи невозможно. Даже для простейшего случая молекулы водорода, необходимо решить шестимерное уравнение. Аналитически оно не решается, а численно требует огромного количества памяти и вычислительного времени.

Конечно, существуют приближённые методы, но они недостаточно универсальны. То есть, если вы, например, написали программу для расчёта уровней водорода, то для кислорода или азота она уже будет работать плохо, а для какого-нибудь углекислого газа работать не будет вообще.

Перспективным, однако, является использование для решения этой задачи квантовых компьютеров. На самом деле, это, пожалуй, одно из главных направлений, где они точно будут востребованы. Называются такие штуки универсальными квантовыми симуляторами.

Так вот, в свежей статье, опубликованной в Physical Review X, сообщается об успешном использовании массива сверхпроводящих кубитов для кривой потенциальной энергии основного уровня молекулярного водорода. Причём результат вычисления имеет точность, достаточную для химических задач.

ошибка поверхность потенциальной энергии молекулярного водорода
Ошибка в вычислении поверхности потенциальной энергии молекулы водорода, измеренная в единицах Хартри (картинка из обсуждаемой статьи).

Источник: P. J. J. O’Malley et al. Scalable Quantum Simulation of Molecular Energies // Phys. Rev. X 6, 031007 (2016)

comments powered by Disqus