Kvantdatorer är den nya frontlinjen inom avancerad forskningsteknologi, med potentiella tillämpningar som att utföra kritiska beräkningar, skydda finansiella tillgångar, eller förutsäga molekylärt beteende i läkemedel. Forskare från Osaka City University har nu löst ett stort problem som hindrar storskaliga kvantdatorer från praktisk användning:exakta och exakta förutsägelser av atomärt och molekylärt beteende.

De publicerade sin metod för att ta bort ovidkommande information från kvantkemiska beräkningar den 17 september som en avancerad onlineartikel i Fysikalisk kemi Kemisk fysik , en tidskrift från Royal Society of Chemistry.

"En av de mest efterlängtade tillämpningarna av kvantdatorer är elektroniska struktursimuleringar av atomer och molekyler, " sa pappersförfattarna Kenji Sugisaki, Föreläsare och Takeji Takui, Professor emeritus vid Institutionen för kemi och molekylär materialvetenskap vid Osaka City Universitys Graduate School of Science.

Kvantkemiska beräkningar är allestädes närvarande över vetenskapliga discipliner, inklusive utveckling av läkemedelsterapi och materialforskning. Alla beräkningar är baserade på att lösa fysikern Erwin Schrödingers ekvation, som använder elektroniska och molekylära interaktioner som resulterar i en viss egenskap för att beskriva tillståndet hos ett kvantmekaniskt system.

"Schrödinger-ekvationer styr alla beteenden hos elektroner i molekyler, inklusive alla kemiska egenskaper hos molekyler och material, inklusive kemiska reaktioner, " sa Sugisaki och Takui.

På klassiska datorer, sådana exakta ekvationer skulle ta exponentiell tid. På kvantdatorer, denna precision är möjlig i realistisk tid, men det kräver "rengöring" under beräkningarna för att få fram systemets sanna natur, enligt dem.

Ett kvantsystem vid en viss tidpunkt, känd som en vågfunktion, har en egenskap som beskrivs som spin, vilket är summan av spinn för varje elektron i systemet. På grund av hårdvarufel eller matematiska fel, det kan finnas felaktiga snurr som informerar systemets spinnberäkning. För att ta bort dessa spinnföroreningar, ' implementerade forskarna en algoritm som låter dem välja önskat spinnkvantum. Detta renar spinnet, ta bort föroreningar under varje beräkning - en första på kvantdatorer, enligt dem.

"Kvantkemiska beräkningar baserade på exakt lösning av Schrödinger-ekvationer för alla beteenden hos atomer och molekyler kan ge förutsägelser om deras fysikalisk-kemiska egenskaper och fullständiga tolkningar av kemiska reaktioner och processer, "sa de, noterar att detta inte är möjligt med för närvarande tillgängliga klassiska datorer och algoritmer. "Den här artikeln har gett en lösning genom att implementera en kvantalgoritm på kvantdatorer."

Forskarna planerar nästa att utveckla och implementera algoritmer utformade för att bestämma tillståndet hos elektroner i molekyler med samma noggrannhet för både exciterade eller marktillståndselektroner.