Química cuántica en computadoras cuánticas

• Fecha : 9 de julio de 2019
• Fuente : Universidad de la ciudad de Osaka
• Resumen : Se ha implementado un nuevo algoritmo cuántico para identificar cantidades físicas importantes tales como números cuánticos de espín relevantes para funciones de ondas electrónicas enrevesadas en computadoras cuánticas, que sirven para rastrear reacciones químicas complejas sin explosión exponencial / combinatoria, dando soluciones exactas de las ecuaciones de Schroedinger para la química,por primera vez.

La informática cuántica y la tecnología de procesamiento de información cuántica han atraído la atención en campos recientemente emergentes. Entre muchos problemas importantes y fundamentales en la ciencia actual, resolver la ecuación de Schroedinger SE de átomos y moléculas es uno de los objetivos finales en química, física y sus afinesSE es el "primer principio" de la mecánica cuántica no relativista, cuyas soluciones denominadas funciones de onda pueden proporcionar cualquier información de electrones dentro de átomos y moléculas, prediciendo sus propiedades fisicoquímicas y reacciones químicas. Investigadores de la Universidad de la Ciudad de Osaka OCU en Japón,El Dr. K. Sugisaki, los Profesores K. Sato y T. Takui y sus colegas han encontrado un nuevo algoritmo cuántico que nos permite determinar si los cálculos químicos cuánticos realizados en computadoras cuánticas proporcionan funciones de onda correctas como soluciones exactas de SE de la manera deseada.

Estos problemas son intratables con cualquier supercomputadora disponible actualmente. Tal algoritmo cuántico contribuye a la aceleración de la implementación de computadoras cuánticas prácticas. Hoy en día, la química y la física han intentado predecir reacciones químicas complejas invocando enfoques Full-CI desde 1929, pero nunca han tenido éxitohasta ahora. Ahora los cálculos de CI completo son potencialmente capaces de predecir reacciones químicas, y un nuevo enfoque de CI completo adecuado para predecir las propiedades fisicoquímicas ya se ha implementado en computadoras cuánticas. Ahora, la posible implementación metodológica de "observables en computadoras cuánticas"como el cálculo de los números cuánticos de espín de las funciones de onda arbitrarias, que es un tema crucial en la química cuántica, ha sido establecido por el grupo de investigación OCU.

Dijeron, "Como Dirac afirmó en 1929 cuando se estableció la mecánica cuántica, la aplicación exacta de las teorías matemáticas para resolver SE conduce a ecuaciones demasiado complicadas para ser solubles ¹ . De hecho, el número de variables que se determinarán en el método Full-CI crece exponencialmente contra el tamaño del sistema, y ​​se encuentra fácilmente con figuras astronómicas como la explosión exponencial. Por ejemplo, la dimensión del cálculo de Full-CI paraLa molécula de benceno C6H6, en la que solo participan 42 electrones, asciende a 1044, que son imposibles de tratar por cualquier supercomputadora. Lo que es peor, los sistemas moleculares durante el proceso de disociación se caracterizan por estructuras electrónicas extremadamente complejas naturaleza multiconfiguracional, ylos cálculos numéricos relevantes son imposibles en cualquier supercomputadora. Además de estas dificultades intrínsecas, ha habido un problema difícil en los campos emergentes, como la determinación de cantidades físicas relevantes para la química cuántica en computadoras cuánticas ".

Fuente de la historia :

Materiales proporcionados por Universidad de la ciudad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia del diario :

1. Kenji Sugisaki, Shigeaki Nakazawa, Kazuo Toyota, Kazunobu Sato, Daisuke Shiomi, Takeji Takui. Química cuántica en computadoras cuánticas: simulaciones cuánticas de la evolución temporal de las funciones de onda bajo el operador S2 y determinación del número cuántico de espín S . Física Química Física Química , 2019; DOI: 10.1039 / c9cp02546d