نخستین شبیه سازی کامل کوانتومی یک ملکول !

0

در طی چندسال گذشته، کمتر روزی را می توان پیدا کرد که کامپیوتر کوانتومی، تیتر اخبار علمی نباشد، ماشین قرن بیست و یکی و ابرپیچیده ای که شاید بتوان آن را یکی از بزرگترین دستاوردهای مکانیک کوانتومی قلمداد کرد. پس از انقلابی که برای اولین بار کوانتوم در تولید ترانزیستورها و کامیپوترهای مرسوم امروزی پدید آورد، حالا انقلاب کوانتومی دوم در راه است. در تازه ترین اخبار، دانشمندان موفق به شبیه سازی کامل کوانتومی یک ملکول شدند، دستاوردی که می تواند نیروی پیشرانه ی قدرتمندی برای شیمی کوانتومی باشد. با دیپ لوک همراه باشید…

تیمی از محققان که از بزرگترین مراکز پژوهشی دنیا، یعنی گوگل، لارنس برکلی و آزمایشگاه های ملی، دانشگاه تافتز، دانشگاه سانتا باربارا، دانشگاه کالج لندن و دانشگاه هاروارد، گردهم آمده بودند، شبیه سازی کامل کوانتومی یک ملکول (به طور مقیاس پذیر) را برای اولین بار گزارش کردند. این تیم در مقاله ای که به صورت رایگان در ژورنال Physical Review X منتشر شد، رویکرد ویژه حل کننده ی کوانتومی وردشی (VQE) را توصیف کردند. آنها از VQE برای یکی از نخستین کاربردهای کامپیوتر کوانتومی در دنیای واقعی، استفاده کردند.

با توسعه ی کامپیوتر کوانتومی، دانشمندان در حوزه های پژوهشی خود به دنبال یافتن مسائلی هستند که فقط کامپیوترهایی از پس حل کردن آنها برمی آیند. یکی از این مسائل که سالهاست شیمیدانان کوانتومی، درگیر آن هستند، حل مسئله ی ساختار الکترونی ملکولی است. در واقع، شیمیدانان همیشه به دنبال یافتن یک ساختار الکترونی خاص با کمترین انرژی و در نتیجه با بیشترین پایداری هستند. آنها انرژی ملکول های ساده ای مانند متان را به سادگی و بسیار سریع روی یک کامپیوتر کلاسیکی محاسبه می کنند، اما در مورد ملکول های کمی پیچیده تر مانند پروپان،  این محاسبه ممکن است، چند روز طول بکشد. حالا مهندسین گوگل سعی کرده اند تا این مسائل را به کمک کامیپوتر کوانتومی انجام دهند.

شبیه سازی کامل کوانتومی یک ملکول
منحنی های انرژی و خطای محاسبه شده برای ملکول هیدروژن

برای محاسبه ی انرژی ملکولی روی یک کامیپوتر کوانتومی، محققان از رویکرد VQE استفاده کردند، زیرا این روش به خوبی می تواند مثل یک شبکه ی عصبی کوانتومی کار کند، یعنی به کمک آن می توان بیت های کوانتومی را برای نمایش توابع موجی ملکولی استفاده کرد. زمانیکه دانشمندان سیستم مورد نظر را ساخته و برنامه نویسی نمودند، آن را با محاسبه ی انرژی یک ملکول هیدورژن، آزمایش کردند. نتایج شبیه سازی کامل کوانتومی یک ملکول بسیار نزدیک به نتایجی بود که قبلا توسط کامیپوترهای کلاسیکی، بدست آمده بود.

محققان در تلاش اند تا یک کامپیوتر کوانتومی بسازند که نه تنها قادر است انرژی های یک ملکول، بلکه تمام سیستم های شیمیایی را محاسبه کند. مثلا آنها دوست دارند فرآیند  تولید کود توسط باکتری ها را شبیه سازی کنند.  توسعه ی کامپیوتر کوانتومی جهانی، هدفی است که کمپانی گوگل برای خود قرار داده و به نظر می رسد سرمایه گذاری چنین شرکت عظیمی، کمک بزرگی به رشد هر چه سریع تر کامپیوتر کوانتومی خواهد کرد.

دانلود مقاله ی اصلی به صورت pdf

زاده ی اردیبهشت ۶۹ و دانشجوی دکترای شیمی کوانتوم محاسباتی در دانشگاه شهید بهشتی است.او علاقمند به دنیای کوانتوم، تکنولوژی، فوتبال و موسیقی (رپ/راک) بوده و علاوه بر سردبیری دیپ لوک، به طراحی وب و نویسندگی در گجت نیوز، بیگ تم و ماهنامه GB جی اس ام مشغول است.

ارسال نظر


*