I computer quantistici sono la nuova frontiera della tecnologia di ricerca avanzata, con potenziali applicazioni come l'esecuzione di calcoli critici, proteggere i beni finanziari, o prevedere il comportamento molecolare nei prodotti farmaceutici. I ricercatori dell'Università della città di Osaka hanno ora risolto un problema importante che ostacola l'uso pratico dei computer quantistici su larga scala:previsioni precise e accurate del comportamento atomico e molecolare.

Hanno pubblicato il loro metodo per rimuovere informazioni estranee dai calcoli della chimica quantistica il 17 settembre come articolo online avanzato in Chimica Fisica Fisica Chimica , un giornale della Royal Society of Chemistry.

"Una delle applicazioni più attese dei computer quantistici sono le simulazioni di strutture elettroniche di atomi e molecole, " ha affermato l'autore dell'articolo Kenji Sugisaki, Docente e Takeji Takui, Professore emerito presso il Dipartimento di chimica e scienza dei materiali molecolari presso la Graduate School of Science dell'Università di Osaka.

I calcoli della chimica quantistica sono onnipresenti nelle discipline scientifiche, compreso lo sviluppo della terapia farmaceutica e la ricerca sui materiali. Tutti i calcoli si basano sulla risoluzione dell'equazione del fisico Erwin Schrödinger, che utilizza interazioni elettroniche e molecolari che determinano una particolare proprietà per descrivere lo stato di un sistema quantomeccanico.

"Le equazioni di Schrödinger governano qualsiasi comportamento degli elettroni nelle molecole, comprese tutte le proprietà chimiche di molecole e materiali, comprese le reazioni chimiche, " Dissero Sugisaki e Takui.

Sui computer classici, equazioni così precise richiederebbero un tempo esponenziale. Sui computer quantistici, questa precisione è possibile in tempi realistici, ma richiede "pulizia" durante i calcoli per ottenere la vera natura del sistema, in accordo con loro.

Un sistema quantistico in un momento specifico nel tempo, nota come funzione d'onda, ha una proprietà descritta come spin, che è il totale dello spin di ciascun elettrone nel sistema. A causa di guasti hardware o errori matematici, potrebbero esserci giri errati che informano il calcolo dei giri del sistema. Per rimuovere questi 'contaminanti di rotazione, ' i ricercatori hanno implementato un algoritmo che consente loro di selezionare il numero quantico di spin desiderato. Questo purifica la rotazione, rimozione dei contaminanti durante ogni calcolo, una novità sui computer quantistici, in accordo con loro.

"I calcoli chimici quantistici basati sulla risoluzione esatta delle equazioni di Schrödinger per qualsiasi comportamento di atomi e molecole possono consentire previsioni delle loro proprietà fisico-chimiche e interpretazioni complete su reazioni e processi chimici, " loro hanno detto, notando che ciò non è possibile con i computer e gli algoritmi classici attualmente disponibili. "Il presente documento ha fornito una soluzione implementando un algoritmo quantistico su computer quantistici".

I ricercatori hanno poi in programma di sviluppare e implementare algoritmi progettati per determinare lo stato degli elettroni nelle molecole con la stessa precisione sia per gli elettroni eccitati che per quelli allo stato fondamentale.