İsveç’teki Chalmers Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kimyasal bir reaksiyonu simüle etmek için bir kuantum bilgisayar kullandılar.
Kuantum kimyası genellikle, elektronları ve atomları simüle etmek için kuantum mekaniği yasalarını uygulayan süper bilgisayarlar kullanılarak modellenir. Kuantum mekaniğinin yasaları, doğanın davranışını atom altı düzeyde tanımladığından, birçok araştırmacı kuantum bilgisayarının ikili mantığa dayanan geleneksel bir süper bilgisayardan daha iyi moleküler hesaplamalar yapması gerektiğine inanıyor.
Çalışmayı yöneten Chalmers’ın kimya ve kimya mühendisliği bölümünde teorik kimya profesörü olan Martin Rahm şunları söyledi: “Kuantum bilgisayarlar teoride elektronların ve atom çekirdeğinin daha karmaşık şekillerde hareket ettiği durumları ele almak için kullanılabilir. Eğer onların tüm potansiyellerinden yararlanmayı öğrenebilirsek, hesaplamanın ve anlamanın mümkün olan sınırlarını ilerletebiliriz.”
Bu araştırma alanı henüz yeni ve yürütülmekte olan küçük model hesaplamaları, kuantum bilgisayarın çevresinden gelen gürültü nedeniyle karmaşık hale geliyor. Chalmers Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kuantum bilgisayarları oluşturan devrelerdeki doğal gürültüyü işleyen Referans Durumu Hatası Azaltma (REM) adı verilen yeni bir yöntem geliştirdiler. Bu, gürültüden kaynaklanan hataları hesaba katmak için hem bir kuantum bilgisayardan hem de geleneksel bir bilgisayardan yapılan hesaplamaları birleştirir.
REM, hem geleneksel hem de kuantum bilgisayarda çalıştırılabilen referans durumu görevi gören kimyasal reaksiyonun daha basit bir simülasyonuyla başlar. Bu referans durumu, bir molekülün kuantum bilgisayarı tarafından çözülmesi amaçlanan orijinal problemden daha basit bir tanımını temsil eder. Geleneksel bir bilgisayar, sorunun bu daha basit sürümünü hızla çözebilir.
Araştırmacılar, her iki bilgisayardan elde edilen sonuçları karşılaştırarak, kuantum bilgisayardaki gürültünün neden olduğu hata miktarı için bir tahmin elde edebileceklerini söylediler. Referans problem için iki bilgisayarın sonuçları arasındaki fark daha sonra orijinal, daha karmaşık problemi kuantum işlemcide çalıştırıldığında düzeltmek için kullanılır.
Araştırmacılar, Chalmers’ın Särimner kuantum bilgisayarında çalıştırıldığında, hidrojen ve lityum hidrit gibi küçük örnek moleküllerin içsel enerjisini hesaplamayı başardılar. Bu hesaplamalar konvansiyonel bir bilgisayarda daha hızlı yapılabilirken, yeni yöntemin önemli bir gelişmeyi temsil ettiğini söylediler. Aynı zamanda, İsveç’te bir kuantum bilgisayarda bir kuantum kimyasal hesaplamanın ilk gösterimidir.
“Çalışma, yöntemimizin kuantum-kimyasal hesaplamaların kalitesini artırabileceğinin bir kanıtıdır. İleride kuantum bilgisayarlar üzerindeki hesaplamalarımızı geliştirmek için kullanacağımız faydalı bir araç,” diye ekledi Rahm.
“Sadece gerçek kuantum algoritmalarını kullanarak donanımımızın gerçekte nasıl çalıştığını ve onu nasıl iyileştirebileceğimizi anlayabiliriz. Kimyasal hesaplamalar, kuantum bilgisayarların yararlı olacağına inandığımız ilk alanlardan biri, bu nedenle Martin Rahm’ın grubuyla işbirliğimiz özellikle değerli,” diyor Chalmers Üniversitesi’nin mikroteknoloji ve nanobilim bölümünde kuantum teknolojisinde doçent olan Jonas Bylander.