Исследователи использовали одноатомный квантовый компьютер для моделирования молекул во времени, и их метод оказался в миллион раз более эффективным по ресурсам, чем традиционные квантовые подходы. Когда молекула поглощает свет, она претерпевает множество квантово-механических изменений: электроны переходят между энергетическими уровнями, атомы начинают вибрировать, а химические связи изменяются. Эти процессы происходят на невероятно коротких временах — на уровне фемтосекунд, что составляет миллионные доли секунды. Они лежат в основе множества природных явлений, от фотосинтеза до солнечной энергии и лечения рака с помощью света.
Однако моделировать такие квантовые процессы с точностью крайне сложно, поскольку для этого требуются колоссальные вычислительные ресурсы. Квантовые компьютеры, будучи сами по себе квантовыми системами, являются естественными кандидатами для решения таких задач, так как их структура позволяет моделировать квантовое поведение. До недавнего времени квантовые устройства могли рассчитывать только неизменные параметры молекул, такие как их энергия. Однако новое исследование, опубликованное в журнале American Chemical Society, продемонстрировало возможность моделирования динамики молекул, то есть их изменений во времени после воздействия света.
В этом эксперименте использовался квантовый компьютер с захваченными ионами. Вакуумная камера, в которой удерживаются атомы с помощью электромагнитных полей, позволяет манипулировать отдельными атомами. Вместо стандартных кубитов, для моделирования молекулярных изменений использовались так называемые бозонные моды — вибрации атомов. Это значительно сокращает размер квантового компьютера, необходимого для моделирования молекул.
В рамках исследования ученые смоделировали поведение трех молекул, поглощающих свет: аллена, бутатриена и пиразина. Эти молекулы имеют сложные электронные и вибрационные взаимодействия после поглощения света, что делает их идеальными объектами для тестирования. Симуляция, в которой использовался лазер и один атом в квантовом компьютере, замедлила процесс взаимодействия в 100 миллиардов раз. В реальной жизни такие процессы происходят за фемтосекунды, но в симуляции они воспроизводились за миллисекунды — достаточно медленно, чтобы исследователи могли наблюдать изменения.
Этот подход открывает новые возможности для точного моделирования молекулярных процессов и может значительно ускорить научные исследования в области химии и материаловедения.
Источник: https://singularityhub.com/2025/05/20/researchers-used-a-one-atom-quantum-computer-to-simulate-real-molecules-over-time/
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/