Kimyasal Bağların Tuzaklanmış İyonlar Kullanılarak Dünyadaki İlk Kuantum Bilgisayar Simülasyonu
Fotoğraf : Bu, bir sanatçının yeryüzü enerjisine yaklaşan lityum hidrit molekülünün izlenimidir.
Kuantum kimyasının, tam ölçekli kuantum bilgisayarların ilk uygulamalarından biri olması bekleniyor.
Kimyasal bağların ve reaksiyonların simülasyonunun, büyük ölçekli kuantum bilgisayarların ilk uygulamalarından biri olması beklenmektedir. Fizikçiler şimdi, tam ölçekli kuantum hesaplamanın en umut verici yollarından biri olan tuzaklı iyon kuronları kullanarak kimyasal bağın dünyadaki ilk simülasyonunu göstermişlerdir.
Uluslararası bir grup araştırmacı, dünyanın kuantum kimyası hesaplamasında, kuantum iyonları sistemini, evrensel bir kuantum bilgisayarı geliştirme yarışında lider donanım platformlarından biri üzerinde gerçekleştiren ilk çok-qubit gösterisini gerçekleştirdi.
Sydney Üniversitesi’nden fizikçi Dr. Cornelius Hempel liderliğindeki araştırma, kuantum bilgisayarları kullanarak kimyasal bağları ve reaksiyonları modellemek için etkili yollar geliştirmek için umut verici bir yol araştırıyor. Bugün Amerikan Fizik Derneği’nin Fiziksel İnceleme X’inde yayınlandı.
“En büyük süper bilgisayarlar bile en doğru kimyayı doğru bir şekilde modellemek için mücadele ediyorlar. Ancak, doğayı simüle eden kuantum bilgisayarları, maddeyi anlamanın yepyeni bir yolunun kilidini açar. Malzeme bilimi, tıp ve endüstriyel kimyadaki problemleri çözmek için bize yeni bir araç sunacaklar.”
Kuantum bilişimi hala emekleme aşamasındayken, bu cihazların ne tür sorunları çözüleceği tam olarak bilinmiyor ve günümüzde belirsizliğini korumaya devam ediyor,ancak çoğu uzman kuantum kimyasının bu yeni teknolojinin ilk “katil uygulamalarından” biri olacağı konusunda hemfikir.
Kuantum kimyası, kuantum mekaniğini kullanarak moleküllerin karmaşık bağlarını ve reaksiyonlarını anlama bilimidir. En basit kimyasal süreçlerden başka bir şeyin ‘hareketli parçaları’, en büyük ve en hızlı süper bilgisayarların kapasitesinin ötesindedir.
Bu süreçleri kuantum bilgisayarları kullanarak modellemek ve anlamak suretiyle, bilim adamları kimyasal reaksiyonlar için daha düşük enerjili yolların kilidini açmayı ve yeni katalizörlerin tasarımını sağlamayı beklerler. Bu gelişme,gübrelerin üretimi gibi endüstriler için büyük etkilerde bulunacaktır.
Diğer olası uygulamalar arasında, geliştirilmiş materyaller ile organik güneş pilleri ve daha iyi piller geliştirilmesi ayrıca kişiselleştirilmiş ilaçların tasarlanması için yeni bilgiler kullanılması yer almaktadır.
Avusturya’nın Innsbruck kentinde Kuantum Optik ve Kuantum Bilgilendirme Enstitüsündeki meslektaşları ile birlikte çalışan Dr. Hempel, moleküler hidrojen ve lityum hidrürün enerji bağlarını simüle etmek için algoritmaların çalıştırılması için 20-kesiplik bir cihaz üzerinde sadece dört tane kesip kullandı.
Bu nispeten basit moleküller, iyi anlaşıldığı ve klasik bilgisayarlar kullanılarak simüle edilebildikleri için seçilir. Burada asıl amaç,bilim adamlarının gelişmekte olan kuantum bilgisayarları tarafından sağlanan sonuçları kontrol edebilmesidir.
Dr Hempel, “Bu teknolojinin geliştirilmesinin önemli bir aşamasıdır, çünkü bu, bizi referansları belirlememize, hataları aramamıza ve gerekli iyileştirmeleri planlamamıza izin vermektedir.”
Bugüne kadarki en doğru veya en büyük simülasyonu hedeflemek yerine, Dr. Hempel’in çalışması, varyasyonel kuantum eigensolver veya VQE olarak bilinen umut verici kuantum-klasik hibrit algoritmasında neyin ters gidebileceğine odaklandı.
Kimya problemini kodlamak için farklı yollara bakıldığında, araştırmacılar, günümüzün kusurlu kuantum bilgisayarlarında ortaya çıkan hataları bastırmanın ve bu makinelerin yakın dönemdeki kullanışlılıklarının önünde durmanın yollarını arıyorlar.
Avustralya’nın ilk özel kuantum başlatması olan Q-CTRL’yi tanıtan Profesör Michael Biercuk liderliğindeki Sidney Kuantum Kontrol Laboratuarı’nda yapılan bir araştırmada, hata bastırma çalışmaları yürütülüyor. Innsbruck Üniversitesi’ndeki deneyleri yapan Dr. Hempel, Sydney’in bu tür simülasyonlarla nelerin başarılabileceğini geliştirmek için uzmanlığını desteklemeyi umuyor.
Bugün Physical Review X dergisinde yayımlanan makale, kuantum hesaplamasında öncü olan Innsbruck Profesörü Rainer Blatt ve daha sonra Toronto Üniversitesi’ne taşınan eski Harvard profesörü Alán Aspuru-Guzik ile birlikte yazılmıştır.
Innsbruck’taki IQOQI’dan Profesör Blatt, “Kuantum kimyası, bir kuantum bilgisayarının avantajlarının pratik uygulamalarda çok yakında ortaya çıkacağı bir örnektir.”
Sydney Üniversitesi Nano Enstitüsü’nün kuantum bilim alanı başkanı Dr. Ivan Kassal şu sözleri dikkat çekti: “Bu çalışma kuantum kimyasına en umut verici yaklaşımlardan birinin, gerçek bir kuantum-bilgi işlemcisi üzerindeki ısırıcılığını kanıtlayan dikkate değer bir uygulamasıdır.”
Dr Hempel’in 2016 yılında Sydney Üniversitesi’ne geçme kararının kampüsteki güçlü kuantum ekibine mükemmel bir ek olduğunu söyledi. “Teorik kimya ve malzeme bilimi bu üniversitede güçlüdür ve kuantum hesaplamasında bu son tekniklerle güçlendirilecektir” dedi.
Kaynak : sciencedaily.com
