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科学家完成首个量子化学计算的多量子位演示

  据美国物理学会旗下的《物理评论X》(Physicial Review X)7月24日刊发的一篇研究论文称,一个国际研究小组在囚禁离子系统上完成了世界上第一个量子化学计算的多量子位演示。在澳大利亚悉尼大学物理学家科尼利厄斯·亨佩尔(Cornelius Hempel)博士的领导下,该研究团队探索了利用量子计算机对化学键和化学反应进行数据建模的有效途径。

  研究人员介绍道:“即使是目前最庞大的超级计算机也很难精确地模拟除了最基本化学物质之外的任何化学反应。然而,运用量子计算机来模拟自然现象将开启一种了解物质的全新手段,为我们提供一种新型的数据建模工具以解决材料科学、医学和工业化学方面的问题。”

  由于量子计算技术仍处于起步阶段,目前尚不清楚这些设备将在解决哪些问题上最为有效,但大多数专家都普遍认为,量子化学将成为这一新兴领域内的首批“杀手级应用”之一。

  量子化学,顾名思义,是一门利用量子力学来理解分子的复杂化学键和化学反应的科学。然而,除了最简单的化学过程之外,模拟任何物质的分子运动都超出了当今最大、最快的超级计算机的运算能力。通过量子计算机对这些过程进行建模和分析,· 【说医道美】组织工程软骨——颠覆性的发现生物医学的。科学家们希望能够解开化学反应低能路径的奥秘,从而设计出更好的催化剂,而这将对工业产生巨大的影响,引起诸如化肥生产等领域的革新。其他可能的应用方向还包括利用改进的材料开发有机太阳能电池片和更好的蓄电池,以及利用新的知识和技术设计针对不同个体的个性化药品。

  通过与奥地利因斯布鲁克市的量子光学和量子信息研究所(简称IQOQI)的同事合作,亨佩尔博士利用一台20个量子位装置上的仅仅4个量子位来进行模拟氢分子和氢氧化锂分子能量键的算法运算。因为它们的化学过程已被充分地理解和掌握,并可用传统的计算机模拟,这让科学家们可对还处于开发过程中的量子计算机所提供的结果进行对照比较。亨佩尔博士解释说:“目前这是该项技术开发过程中一个重要的阶段,因为在这期间我们可以设定基准,寻找错误,并计划实施必要的技术改进。”

  IQOQI的布拉特·莱纳(Rainer Blatt)教授展望道说:“量子化学将是一个很快能凸显量子计算机的实际应用优势的领域。”