Kuantum Bilgisayar ile Moleküllerin Enerjisi

IBM’den bilim insanları, materyal bilimlerine devrim yapmaya yardımcı olabilecek bir kuantum bilgisayarda, moleküllerin enerjisini simüle etmek için yeni bir yaklaşım geliştirdi. Kuantum bilgisayarlar kullanılarak moleküllerin enerjisinin ölçüldüğü çalışmanını ayrıntıları haberimizde.

A- A+

20.09.2017 tarihli yazı 10839 kez okunmuştur.

Kuantum bilgisayarların belki de nispeten boyutça küçük olanları bile, günümüzde kimya biliminde normal bilgisayarların yapamayacağı önemli problemleri çözebileceğini gösteriyor. Fotosentezi anlayabilmek ve yenilenebilir yakıtlar üretmek için katalizör geliştirmek gibi büyük zorlukları yaşamadan önce araştırmacılar, küçük molekülleri ve atomları simüle etmeye başladılar. Fakat şimdiye kadar çok ileri gidilemedi. Kuantum bilgisayarlarda molekül simülasyonu IBM'in süper iletken kuantum donanımı ile çok daha kolaylaştı.

► İlginizi Çekebilir: Kuantum Bilgisayar Nedir?

Nature dergisinde yayınlanan araştırmada, küçük moleküllerin en düşük enerjili durumunu verimli bir şekilde hesaplayabilmek için yeni bir kuantum algoritması geliştirildi. IBM ekibi, yedi kübitlik sistemde, kuantum bitlerinden altısını periyodik tablo’nun ikinci sırasına iterek molekülleri, berilyum hidrüre (BeH2) molekülüne kadar simüle etmeye başardılar. Bu çalışmada incelenen orbitallerden-kübitlere kodlama, daha büyük moleküllerin simülasyonlarını basitleştirmek için kullanılabilir. Gelecekte, IBM Q'nun kuantum hesaplama gücü (veya "kuantum hacmi") arttığında, daha büyük simülasyonlar yapılabilecek.

Bugün moleküllerin en iyi simülasyonları, moleküler bir Hamiltonyeninin en düşük enerjisini hesaplamak için karmaşık, yaklaşık yöntemleri kullanan klasik bilgisayarlarda yürütülür. Hamiltoniyen, molekülleri meydana getiren atomların, tüm elektron orbitalleri ve çekirdekleri arasındaki etkileşimleri tanımlayan, kuantum mekaniksel bir enerji operatörüdür. Moleküler Hamiltonyeninin en düşük enerji durumu, molekülün yapısını ve diğer moleküllerle nasıl etkileşime geçeceğini belirler. Bu tür bilgiler, kimyacılar için endüstriyel uygulamalar, yeni moleküller ve kimyasal reaksiyonlar tasarlamak için kritik önem taşır.

► İlginizi Çekebilir: Kuantum Güvenlik Sistemi

Yedi kübit kuantum işlemcisi tam olarak hata düzeltmeli ve arıza toleranslı olmasa da, tekli kübit'lerin tutarlılık süreleri yaklaşık 50 μs'dir. Bu nedenle, değerli kuantum uyumluluğundan en iyi sonucu almak için çok etkili bir kuantum algoritması kullanmak ve moleküler yapıları anlamaya çalışmak gerçekten önemlidir. Algoritma, kullanılan kübit sayısı ve gerçekleştirilen kuantum işlemleri sayısı bakımından verimli olmalıdır.

Kuantum kimyasına ait uygulama. H2 (a), LiH (b) ve BeH2 (c) için birkaç atomlararası uzaklık için yapılan deneysel sonuçlar (siyah dolu daireler), tam enerji yüzeyleri (noktalı çizgiler) ve sayısal simülasyonlardan elde edilen sonuçların yoğunluk grafikleri.

Gelecekteki kuantum işlemcileri ile daha fazla kuantum hacmi elde edilerek, klasik hesaplama yeteneklerinin ötesine giderek karmaşık moleküller için kuantum simülasyonuna bu yaklaşımın gücünü keşfedeceğiz. Kimyasal tepkimeleri doğru bir şekilde simüle edebilme özelliği, yeni ilaçlar, gübreler ve hatta yeni sürdürülebilir enerji kaynakları keşfetme çabalarıyla ilintilidir. Ayrıca IBM ekibi, 16 kübitlik kuantum bilgisayarı kimyacıların erişimine açarak, kimyacıların bulut üzerinde hesaplamalarını yapmasını sağlıyor. Böylelikle yeni kuantum kimya algoritmalarının keşfedilmesini sağlamaktalar.

Kaynak:

►spectrum.ieee
►phys