Quantumcomputers vormen de nieuwe grens in geavanceerde onderzoekstechnologie, met mogelijke toepassingen zoals het uitvoeren van kritische berekeningen, bescherming van financiële activa, of het voorspellen van moleculair gedrag in geneesmiddelen. Onderzoekers van de Osaka City University hebben nu een groot probleem opgelost dat grootschalige kwantumcomputers belemmert in praktisch gebruik:nauwkeurige en nauwkeurige voorspellingen van atomair en moleculair gedrag.

Ze publiceerden hun methode om externe informatie uit kwantumchemische berekeningen te verwijderen op 17 september als een geavanceerd online artikel in Fysische chemie Chemische fysica , een tijdschrift van de Royal Society of Chemistry.

"Een van de meest verwachte toepassingen van kwantumcomputers zijn elektronische structuursimulaties van atomen en moleculen, " zeiden papierschrijvers Kenji Sugisaki, Docent en Takeji Takui, Emeritus hoogleraar bij de afdeling Scheikunde en Moleculaire Materiaalkunde aan de Graduate School of Science van de Osaka City University.

Kwantumchemische berekeningen zijn alomtegenwoordig in alle wetenschappelijke disciplines, waaronder de ontwikkeling van farmaceutische therapieën en materiaalonderzoek. Alle berekeningen zijn gebaseerd op het oplossen van de vergelijking van natuurkundige Erwin Schrödinger, die elektronische en moleculaire interacties gebruikt die resulteren in een bepaalde eigenschap om de toestand van een kwantummechanisch systeem te beschrijven.

"Schrödingervergelijkingen bepalen elk gedrag van elektronen in moleculen, inclusief alle chemische eigenschappen van moleculen en materialen, inclusief chemische reacties, ' zeiden Sugisaki en Takui.

Op klassieke computers, zulke nauwkeurige vergelijkingen zouden exponentiële tijd vergen. Op kwantumcomputers, deze precisie is mogelijk in realistische tijd, maar het vereist "reiniging" tijdens de berekeningen om de ware aard van het systeem te verkrijgen, volgens hen.

Een kwantumsysteem op een bepaald moment in de tijd, bekend als een golffunctie, heeft een eigenschap die wordt beschreven als spin, wat het totaal is van de spin van elk elektron in het systeem. Als gevolg van hardwarefouten of wiskundige fouten, er kunnen onjuiste spins zijn die de spinberekening van het systeem informeren. Om deze 'spincontaminanten' te verwijderen, ' implementeerden de onderzoekers een algoritme waarmee ze het gewenste spinkwantumgetal kunnen selecteren. Dit zuivert de spin, het verwijderen van verontreinigingen tijdens elke berekening - een primeur op kwantumcomputers, volgens hen.

"Quantumchemische berekeningen gebaseerd op het exact oplossen van Schrödinger-vergelijkingen voor elk gedrag van atomen en moleculen kunnen voorspellingen opleveren van hun fysisch-chemische eigenschappen en volledige interpretaties van chemische reacties en processen, " ze zeiden, opmerkend dat dit niet mogelijk is met de momenteel beschikbare klassieke computers en algoritmen. "Het huidige artikel heeft een oplossing gegeven door een kwantumalgoritme op kwantumcomputers te implementeren."

De onderzoekers zijn vervolgens van plan om algoritmen te ontwikkelen en te implementeren die zijn ontworpen om de toestand van elektronen in moleculen met dezelfde nauwkeurigheid te bepalen voor zowel aangeslagen als grondtoestandselektronen.