"Het begrijpen van statische moleculaire eigenschappen is als het kennen van de begin- en eindpunten van een bergwandeling, maar het simuleren van chemische dynamica vereist inzicht in elke bocht op het pad", legt professor Ivan Kassal uit. In een baanbrekende prestatie hebben onderzoekers van de Universiteit van Sydney, Australië, met succes de ultrasnelle interacties van licht met echte moleculen gesimuleerd met behulp van een trapped-ion kwantumcomputer. Deze doorbraak, aangekondigd in 2024, markeert een belangrijke vooruitgang in kwantumcomputing en chemie.
Traditionele computers hebben moeite om deze snelle processen te modelleren vanwege de enorme rekenkracht die nodig is. De innovatieve aanpak van het team van de Universiteit van Sydney maakt gebruik van een zeer resource-efficiënte analoge kwantumsimulatiemethode. Deze methode condenseert de simulatie tot aanzienlijk minder hardwarebronnen, waardoor deze ongeveer een miljoen keer efficiënter is dan standaard kwantumcomputingmethoden.
De onderzoekers ontwikkelden een nieuw coderingsschema om de tijdsafhankelijke evolutie van moleculaire kwantumtoestanden in kaart te brengen op het trapped-ion systeem. Dit maakt de getrouwe reproductie van ultrasnelle fotochemische gebeurtenissen mogelijk door de tijd met een factor 100 miljard te verlengen. Deze doorbraak heeft verreikende implicaties voor de geneeskunde, energie en materiaalkunde.
Nauwkeurige, real-time simulaties van foto-geïnduceerde moleculaire processen zijn de sleutel tot het ontsluiten van innovaties op verschillende gebieden. In de geneeskunde kan het begrijpen van fotodynamische therapieën op kwantumniveau de ontwikkeling van zeer gerichte behandelingen voor kanker en huidaandoeningen versnellen. Verbeterde modellering van zonne-energiesystemen kan leiden tot efficiëntere, duurzamere technologieën.
Dr. Tingrei Tan benadrukt het transformerende potentieel van deze kwantumsimulaties en merkt op dat kwantumtechnologie exponentiële snelheidsverbeteringen en resource-efficiëntie biedt. Dit experiment wijst op een toekomst waarin kwantumcomputers routinematig problemen aanpakken die buiten klassiek bereik liggen. Het vermogen om hele chemische transformaties te simuleren zoals ze in real-time plaatsvinden, biedt een ongekende toolkit voor het oplossen van dringende mondiale uitdagingen.