"Hiểu các thuộc tính phân tử tĩnh giống như biết các điểm bắt đầu và kết thúc của một chuyến đi bộ đường dài trên núi, nhưng mô phỏng động lực học hóa học đòi hỏi phải hiểu mọi khúc quanh trên đường đi," Giáo sư Ivan Kassal giải thích. Trong một thành tựu mang tính bước ngoặt, các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney, Úc, đã mô phỏng thành công các tương tác siêu nhanh của ánh sáng với các phân tử thực bằng máy tính lượng tử ion bị mắc kẹt. Bước đột phá này, được công bố vào năm 2024, đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong điện toán lượng tử và hóa học.
Máy tính truyền thống gặp khó khăn trong việc mô hình hóa các quy trình nhanh chóng này do yêu cầu tài nguyên tính toán rất lớn. Phương pháp tiếp cận sáng tạo của nhóm Đại học Sydney sử dụng phương pháp mô phỏng lượng tử tương tự hiệu quả cao về tài nguyên. Phương pháp này cô đọng mô phỏng thành ít tài nguyên phần cứng hơn đáng kể, làm cho nó hiệu quả hơn khoảng một triệu lần so với các phương pháp tính toán lượng tử tiêu chuẩn.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một lược đồ mã hóa mới để ánh xạ sự phát triển phụ thuộc vào thời gian của các trạng thái lượng tử phân tử lên hệ thống ion bị mắc kẹt. Điều này cho phép tái tạo trung thực các sự kiện quang hóa siêu nhanh bằng cách giãn thời gian theo hệ số 100 tỷ. Bước đột phá này có ý nghĩa sâu rộng đối với y học, năng lượng và khoa học vật liệu.
Mô phỏng chính xác, theo thời gian thực các quá trình phân tử do ảnh hưởng của ánh sáng nắm giữ chìa khóa để mở ra những đổi mới trong các lĩnh vực khác nhau. Trong y học, việc hiểu các liệu pháp quang động ở cấp độ lượng tử có thể đẩy nhanh sự phát triển của các phương pháp điều trị nhắm mục tiêu cao cho bệnh ung thư và rối loạn da. Mô hình hóa được cải thiện của các hệ thống năng lượng mặt trời có thể dẫn đến các công nghệ bền vững, hiệu quả hơn.
Tiến sĩ Tingrei Tan nhấn mạnh tiềm năng biến đổi của các mô phỏng lượng tử này, lưu ý rằng công nghệ lượng tử mang lại tốc độ và hiệu quả tài nguyên theo cấp số nhân. Thí nghiệm này chỉ ra một tương lai nơi máy tính lượng tử thường xuyên giải quyết các vấn đề vượt quá tầm với cổ điển. Khả năng mô phỏng toàn bộ các biến đổi hóa học khi chúng xảy ra trong thời gian thực cung cấp một bộ công cụ chưa từng có để giải quyết các thách thức toàn cầu cấp bách.