Японские физики создали квантовый алгоритм для быстрого определения формы молекул

30.11.2022 ТАСС 1
Фото: student-madi.ru

Квантово-химические расчеты представляют собой одну из самых сложных задач для классических компьютеров.

Физики из Японии разработали алгоритм, позволяющий быстро определять оптимальную и самую стабильную трехмерную форму различных молекул при помощи уже существующих квантовых компьютеров. Об этом во вторник сообщила пресс-служба Городского университета Осаки.

«Наше открытие позволит нам сделать большой шаг в сторону проведения реальных квантово-химических расчетов на квантовых компьютерах. Расчеты энергии связей необходимы не только для раскрытия формы молекул, но и для определения многих других их свойств, важных для разработки новых материалов и лекарств», — заявил научный сотрудник Городского университета Осаки (Япония) Кэндзи Сугисаки, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Квантово-химические расчеты представляют собой одну из самых сложных задач для классических компьютеров. Это связано с тем, что существующие алгоритмы проведения подобных расчетов позволяют просчитывать поведение лишь самые простых веществ, так как сложность этих вычислений растет экспоненциальным образом с добавлением каждого нового электрона, участвующего в химических реакциях.

В последние годы математики и физики пытаются обойти эти проблемы при помощи двух разных подходов. В рамках одного из них подобные расчеты планируется проводить при помощи квантовых компьютеров, а в рамках второго — при помощи нейросетей. Несмотря на успехи и в том, и в другом направлении, пока и нейросети, и квантовые компьютеры могут просчитывать лишь относительно простые молекулы и реакции между ними.

Новые методы квантовой химии

Кэндзи Сугисаки и его коллеги значительно продвинулись вперед в разработке квантовых подходов по расчетам химических задач благодаря созданию нового алгоритма, который позволяет очень быстро вычислять энергию связей между атомами в сложно устроенных молекулах и определять их оптимальную конфигурацию. Это позволяет оценивать стабильность молекул и подбирать такую их трехмерную форму, в которой они сохраняют максимальную стабильность.

В прошлом решение этой проблемы было затруднено тем, что для получения подобных сведений ученым нужно было определить то, какой энергией обладают все электроны и ядра атомов в основном и возбужденном состоянии при всех возможных изменениях в относительном положении взаимодействующих частиц. Это значительно усложняет расчеты и не позволяет проводить их на уже существующих квантовых компьютерах на базе нескольких десятков кубитов, квантовых битов.

Японские физики адаптировали уже существующий квантовый алгоритм, применяемый при решении систем линейных уравнений и разработанный в 1995 году российским физиком Алексеем Китаевым, для вычисления того, как меняется энергия связей между атомами при изменении их относительного положения внутри молекулы. Это позволило ученым резко ускорить и упростить расчеты.

Используя этот подход, ученые просчитали свойства связей внутри молекул водорода, азота, а также гидридов лития и бериллия, что позволило им определить оптимальную трехмерную форму этих соединений. Результаты этих расчетов совпали с эталонами, что подтвердило высокую точность и эффективность нового подхода для определения структуры молекул при помощи методов квантовой химии.

10:15 Жажда странствий. Иордания 12+
11:00 Новости 12+
11:07 Приключения сёрфера. Филиппины (с субтитрами). 12+
12:00 Новости 12+

Получайте лучшие новости от Большой Азии

Подпишитесь на рассылку последних новостей.

Абхазия Азербайджан Армения Афганистан Бангладеш Бахрейн Бруней Бутан Восточный Тимор Вьетнам Грузия Израиль Индия Индонезия Иордания Ирак Иран Йемен Казахстан Камбоджа Катар Кипр Киргизия Китай КНДР Кувейт Лаос Ливан Малайзия Мальдивские Острова Монголия Мьянма Непал ОАЭ Оман Пакистан Палестина Республика Корея Россия Саудовская Аравия Сингапур Сирия Таджикистан Таиланд Туркменистан Турция Узбекистан Филиппины Шри-Ланка Южная Осетия Япония