„Zrozumienie statycznych właściwości molekularnych jest jak znajomość punktów początkowych i końcowych górskiej wędrówki, ale symulacja dynamiki chemicznej wymaga zrozumienia każdego zakrętu na ścieżce” – wyjaśnia profesor Ivan Kassal. W przełomowym osiągnięciu naukowcy z Uniwersytetu w Sydney w Australii z sukcesem zasymulowali ultraszybkie interakcje światła z rzeczywistymi cząsteczkami za pomocą komputera kwantowego z uwięzionymi jonami. To przełomowe odkrycie, ogłoszone w 2024 roku, oznacza znaczący postęp w informatyce kwantowej i chemii.
Tradycyjne komputery mają trudności z modelowaniem tych szybkich procesów ze względu na ogromne zasoby obliczeniowe, jakie są do tego potrzebne. Innowacyjne podejście zespołu z Uniwersytetu w Sydney wykorzystuje wysoce efektywną zasobowo analogową metodę symulacji kwantowej. Metoda ta kondensuje symulację do znacznie mniejszej liczby zasobów sprzętowych, dzięki czemu jest ona około milion razy bardziej wydajna niż standardowe metody obliczeń kwantowych.
Naukowcy opracowali nowatorski schemat kodowania, aby odwzorować ewolucję stanów kwantowych molekularnych w czasie na system z uwięzionymi jonami. Pozwala to na wierne odtworzenie ultraszybkich zdarzeń fotochemicznych poprzez rozszerzenie czasu o współczynnik 100 miliardów. To przełomowe odkrycie ma daleko idące implikacje dla medycyny, energetyki i materiałoznawstwa.
Dokładne symulacje procesów molekularnych indukowanych światłem w czasie rzeczywistym są kluczem do odblokowania innowacji w różnych dziedzinach. W medycynie zrozumienie terapii fotodynamicznych na poziomie kwantowym może przyspieszyć rozwój wysoce ukierunkowanych terapii na raka i choroby skóry. Ulepszone modelowanie systemów energii słonecznej może prowadzić do bardziej wydajnych i zrównoważonych technologii.
Dr Tingrei Tan podkreśla transformacyjny potencjał tych symulacji kwantowych, zauważając, że technologia kwantowa oferuje wykładnicze przyspieszenie i efektywność zasobów. Ten eksperyment wskazuje na przyszłość, w której komputery kwantowe rutynowo rozwiązują problemy poza zasięgiem klasycznym. Możliwość symulowania całych transformacji chemicznych w czasie rzeczywistym oferuje bezprecedensowy zestaw narzędzi do rozwiązywania palących globalnych wyzwań.