Nový výzkum provedený mezinárodním týmem přináší nový přístup k řešení chemických simulačních problémů pomocí kvantových počítačů. Tato práce má potenciál vylepšit výpočetní chemii, což by mohlo urychlit vývoj léků a inovace v materiálovém průmyslu.
Hlavním zaměřením studie bylo optimalizovat chemické simulace tak, aby se minimalizovaly výpočetní náklady při zvětšování systémů. Tým vědců z University of Toronto tvrdí, že jejich výzkum se liší od tradičních chemických simulací, které byly omezeny využitím klasických počítačů.
Nová metoda je založena na dynamických simulacích chemických reakcí, využívajících schopnosti kvantových počítačů. Kvantové simulace jsou v této studii popsány jako časový vývoj podle Schrödingerovy rovnice vlivem Hamiltoniánu. Tyto simulace mohou být prováděny na kvantových počítačích, patřících do výpočetní složitosti třídy BQP (bodová chyba kvantového výpočetního času). To znamená, že tyto simulace lze vyřešit v konečné době s omezenou šancí na chyby.
Výzkumná práce popisuje, že rámec využívá soubor počátečních konfigurovatelných atomových stavů, které jsou pak prostřednictvím dynamického rozptylu transformovány na vstupní stavy pro reakce. Tento proces, znásobený umělými potenciály, vede k vytvoření vstupního stavu pro následné dynamické simulace. Tato metoda se odlišuje od předchozích přístupů tím, že eliminuje problémy spojené s přípravou základního stavu a problémem ortogonální katastrofy – sníženou šancí na úspěšné nalezení základního stavu.
Nová metodologie slibuje efektivní simulaci různých chemicky orientovaných problémů. Tím, že se zaměřuje na dynamiku simulací, nabízejí výzkumníci alternativu k náročnému hledání základního stavu, které bylo tradičně považováno za ohrožení v chemických simulacích.
Přestože výzkum poskytuje pevný teoretický základ, výzkumný tým uznává potřebu dalších studií k posouzení praktických aspektů jejich přístupu. Budoucí výzkum by mohl zahrnovat integrování klasických simulačních nástrojů, jako je Nosé-Hooverův termostat, a vývoj kvantových heuristik pro nalezení základního stavu. Je také důležité poznamenat, že ArXiv nepodléhá formálnímu přezkumu kolegy, což je významnou fází vědeckého procesu.
Při ignorování potenciálních problémů, které by se mohly objevit v budoucím výzkumu, by měl tento technologický pokrok přinést značný dopad. Tím, že umožní efektivnější simulace chemických systémů na kvantových počítačích, by tyto studie mohly urychlit pokroky v různých oborech, včetně vývoje léků a materiálového průmyslu. Tato vědecká práce zdůrazňuje se rozvíjející roli kvantových počítačů ve vědeckém výzkumu a poskytuje prostředek k postupu výpočetní chemie.
Výzkum provedli Philipp Schleich a obsahuje dva známé jména z oblasti kvantových počítačů – Joe Fitzsimons z Horizon Quantum Computing a Alán Aspuru-Guzik, profesor chemie, počítačových věd, chemického inženýrství a materiálových věd na University of Toronto. Tým zahrnuje také Lasse Bjørn Kristensen, Davide Avagliano, Mohsena Bagherimehraba, Abdulrahmana Aldossarya a Christopha Gorgullu.
Definice klíčových pojmů a odborných výrazů:
– Chemické simulace: Pokus o modelování a analýzu chemických procesů pomocí matematických a výpočetních nástrojů.
– Kvantový počítač: Počítač využívající kvantové efekty a zpracování na kvantové úrovni pro výpočty.
– Časová evoluce: Dynamický proces, při kterém se stavy systému časem mění podle konkrétních pravidel.
– Schrödingerova rovnice: Rovnice v kvantové fyzice, která popisuje časovou evoluci kvantového stavu systému.
– Hamiltonián: Matematický operátor používaný k popisu časové evoluce v kvantové mechanice.
– Kvantový časový chyba: Měří, do jaké míry se výsledek kvantových výpočtů může odchýlit od očekávaných výsledků.
– Základní stav: Nejnižší energetický stav systému.
Související informace o hlavní doméně:
– University of Toronto
The source of the article is from the blog aovotice.cz