科學家完成首個量子化學計算的多量子位演示

2021-01-08 科技工作者之家

據美國物理學會旗下的《物理評論X》（Physicial Review X）7月24日刊發的一篇研究論文稱，一個國際研究小組在囚禁離子系統上完成了世界上第一個量子化學計算的多量子位演示。在澳大利亞雪梨大學物理學家科尼利厄斯·亨佩爾（Cornelius Hempel）博士的領導下，該研究團隊探索了利用量子計算機對化學鍵和化學反應進行數據建模的有效途徑。

研究人員介紹道：「即使是目前最龐大的超級計算機也很難精確地模擬除了最基本化學物質之外的任何化學反應。然而，運用量子計算機來模擬自然現象將開啟一種了解物質的全新手段，為我們提供一種新型的數據建模工具以解決材料科學、醫學和工業化學方面的問題。」

由於量子計算技術仍處於起步階段，目前尚不清楚這些設備將在解決哪些問題上最為有效，但大多數專家都普遍認為，量子化學將成為這一新興領域內的首批「殺手級應用」之一。

量子化學，顧名思義，是一門利用量子力學來理解分子的複雜化學鍵和化學反應的科學。然而，除了最簡單的化學過程之外，模擬任何物質的分子運動都超出了當今最大、最快的超級計算機的運算能力。通過量子計算機對這些過程進行建模和分析，科學家們希望能夠解開化學反應低能路徑的奧秘，從而設計出更好的催化劑，而這將對工業產生巨大的影響，引起諸如化肥生產等領域的革新。其他可能的應用方向還包括利用改進的材料開發有機太陽能電池片和更好的蓄電池，以及利用新的知識和技術設計針對不同個體的個性化藥品。

通過與奧地利因斯布魯克市的量子光學和量子信息研究所（簡稱IQOQI）的同事合作，亨佩爾博士利用一臺20個量子位裝置上的僅僅4個量子位來進行模擬氫分子和氫氧化鋰分子能量鍵的算法運算。因為它們的化學過程已被充分地理解和掌握，並可用傳統的計算機模擬，這讓科學家們可對還處於開發過程中的量子計算機所提供的結果進行對照比較。亨佩爾博士解釋說：「目前這是該項技術開發過程中一個重要的階段，因為在這期間我們可以設定基準，尋找錯誤，並計劃實施必要的技術改進。」

IQOQI的布拉特·萊納（Rainer Blatt）教授展望道說:「量子化學將是一個很快能凸顯量子計算機的實際應用優勢的領域。」

編譯：Jonathan 審稿：三水

責編：南熙

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