Tek bir atom kuantum simülasyonunda bir atılım yaptı
Tek atom bir kuantum bilgisayarı görevi görür ve molekülleri simüle eder
Bir kuantum bilgisayar, ışıkla etkileşen organik moleküllerin karmaşık dinamiklerini modellemek için tek bir atom kullandı.
Moleküler kimyanın benzersiz bir simülasyonunu gerçekleştiren tuzağa düşmüş iyon kuantum bilgisayarının içinde bir görünüm.
Sydney Üniversitesi/Sciencebrush.Design
Tek bir atom, belirli moleküllerin ışığa nasıl tepki verdiğine dair ilk tam kuantum simülasyonlarını gerçekleştirmiştir. Başarı yapan araştırmacılar, minimalist yaklaşımlarının bir 'kuantum avantajı' - Kuantum bilgisayarlar, kimyasalların veya malzemelerin davranışlarını sıradan bilgisayarların ulaşamayacağı şekilde tahmin edebilecekler.
Sydney Üniversitesi'nde deneysel bir kuantum fizikçisi olan Ting Rei Tan, “Bu yaklaşımın temel avantajı inanılmaz derecede donanım verimli olmasıdır” diyor. Tek atom, çoğu kuantum bilgisayarda kullanılan hesaplama birimleri olan bir düzine kadar 'kubit'e normal olarak yayılan bilgileri kodlayabilir. Bulgular 14 Mayıs'ta yayınlandı. Amerikan Kimya Derneği Dergisi.
Kanada'daki Toronto Üniversitesi'nde bir hesaplama kimyager olan Alán Aspuru-Guzik, hiçbir kuantum bilgisayarı daha önce moleküllerin enerji seviyelerinde bu karmaşıklığı simüle etmemişti. “Bu, tarih kitaplarında kalacak bir tur-dekor.”
Bilim Gazeteciliğini Destekleme Üzerine
Bu makalenin tadını çıkarıyorsanız, ödüllü gazeteciliğimizi desteklemeyi düşünün abone olma. Bir abonelik satın alarak, bugün dünyamızı şekillendiren keşifler ve fikirler hakkında etkili hikayelerin geleceğini sağlamaya yardımcı oluyorsunuz.
Heyecanlı elektronlar
Tan ve meslektaşları, foton adı verilen enerjik bir parçacıkla vurulduklarında üç farklı organik molekül olan Allene, Butatrien ve Pirazin'in davranışını simüle ettiler. Bu olduğunda, molekülde hem atomlarının birbirine göre nasıl hareket ettiğini-yaylarla bağlı toplar gibi titreşen-hem de elektronlarının daha yüksek enerjili veya heyecanlı durumlara nasıl atladığını etkileyen bir dizi olay tetikler. Bu olayların kesin dizisini anlamak, kimyagerlerin enerjiyi en kullanışlı veya en verimli şekilde, örneğin güneş panellerinde veya güneş kremi losyonunda kanalize etmelerine yardımcı olabilir.
Araştırmacılar, bu farklı parametreleri, titreşen elektrik alanlarını kullanarak bir vakumda hapsolmuş tek bir ytterbium iyonuna kodlamanın bir yolunu buldular: molekülün elektronlarının uyarıları, iyon elektronlarından birinde benzer uyarılara karşılık geldi ve iki farklı titreşim modu, iki farklı yönde tuzağının içindeki iyon tarafından temsil edildi. Ekip ayrıca, tüm eyaletlerin birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini uyarlamak için lazer darbeleri ile iyonu sürükledi. Bu, iyonu zamanla gelişmeye zorladı, yani karşılık gelen moleküllerin bir foton tarafından vurulduktan sonra nasıl hareket ettiğini taklit edebilir.
Ekip daha sonra, iyon elektronunun zaman içinde heyecanlı bir durumda olma olasılığını ölçerek, farklı aşamaların bir dizisinde sanal moleküllerin durumunu okudu.
Sonuçlar, yaklaşımı doğrulayan bu üç molekül hakkında bilinenlerle eşleşti. Allene, Butatrien ve Pirazin, sıradan bilgisayar simülasyonları ile incelenecek kadar basittir, ancak bunlar daha karmaşık moleküller için nadir olmayan 20 veya titreşim modlarını somutlaştırmak zorunda kaldıklarında buhardan tükenir.
Kuzey Carolina, Durham'daki Duke Üniversitesi'nde kuantum mühendisi Kenneth Brown, çalışmayı “büyük çalışma” olarak adlandırıyor ve araştırmacıların ilk kez belirli moleküllerin özelliklerini taklit etmek için böyle bir tekniğin nasıl ayarlanacağını gösterdiğini söylüyor.
Moleküllerin ve malzemelerin kimyasını simüle etmek genellikle kuantum bilgisayarlar için en umut verici kullanımlardan biri olarak tanımlanır - ancak sadece makineler milyonlarca kubit ölçeklendikten sonra yararlı sonuçlar üretecek. Tan ve işbirlikçileri, yaklaşımlarıyla, bir kuantum bilgisayarın sadece birkaç düzine iyonu kullanarak yararlı simülasyonlar yapabileceğini tahmin ediyorlar.
Bu makale izinle çoğaltılmıştır ve İlk Yayınlanmış 16 Mayıs 2025'te.