Алгоритм помог вычислить энергию основных состояний водородных цепочек

N+1Наука

Квантовый процессор просимулировал изомеризацию и вычислил энергии водородных цепочек

Алексей Дмитриев

Erlend Davidson / Thomas Young Centre

Специалисты из Google AI реализовали на 54-кубитном квантовом процессоре Sycamore вариационный квантовый алгоритм VQE на 12 кубитах, который позволил имплементировать метод Хартри-Фока и рассчитать энергии основного состояния водородных цепочек из 6,8,10 и 12 атомов. Также алгоритм позволил впервые описать химическую реакцию, а именно — выделил различные варианты изомеризации молекулы диазена (NH)2. Препринт доступен на arxiv.org.

Квантовая химия описывает совокупность ядер и электронов в атоме или молекуле как общую квантовую систему и применяет квантовую механику для нахождения основных параметров молекулы, например, энергии основного состояния или энергии ионизации. Известно, что электроны в атомах находятся в определенных конфигурациях — атомных орбиталях. Существуют s-, p-, d-, f-орбитали, причем имеются жесткие ограничения на возможное количество и расположение электронов на каждой из орбиталей. Структуру и заполняемость этих орбиталей и определяют правила квантовой химии. Метод Хартри-Фока — это один из простых, но в то же время эффективных инструментов, используемых для расчета энергии состояний и конфигурации волновых функций в молекуле. Он определяет способ поиска волновой функции основного состояния атома или молекулы в качестве специальной антисимметричной комбинации (Слэтеровского детерминанта) базисных волновых функций.

В качестве базисных функций могут быть использованы те самые атомные орбитали, но как правило, набор изначально несколько изменяют для того, чтоб использовать метод и для более сложных задач, например, для расчета поляризации молекул. В приближении среднего поля, при помощи вариационного поиска находятся такие линейные комбинации базисных орбиталей, которые минимизируют среднее значение энергии всей молекулы. Они принимаются в качестве низших энергетических состояний, которые в дальнейшем используются для размещения отдельных электронов данной молекулы.

Квантовая химия считается одним из наиболее перспективных приложений квантовых процессоров. Большого успеха в этом направлении добились команды из IBM и Google, располагающие наиболее мощными квантовыми процессорами из сверхпроводниковых кубитов. В сентябре 2017 года мы писали о том, как специалисты из IBM рассчитали структуру гидрида бериллия на семикубитном процессоре. Для этого использовался гибридный алгоритм VQE, который включает в себя достаточно небольшой расчет на квантовом процессоре и последующую оптимизацию при помощи обычного классического

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Что посеешь: научные факты о мужском семени Что посеешь: научные факты о мужском семени

Как много вы знаете об этих смешных извилистых клетках?

Популярная механика
Царь-Фараон Царь-Фараон

История наград Жана-Батиста-Луи барона де Кроссара

Дилетант
Дедушка Jeep. Копаемся в истории легендарного Willys MB Дедушка Jeep. Копаемся в истории легендарного Willys MB

Вспоминаем историю главного внедорожника Великой Отечественной войны

РБК
Супергерой для TikTok: зачем соцсеть переманила гендиректора из Disney Супергерой для TikTok: зачем соцсеть переманила гендиректора из Disney

Как китайская компания убедила топ-менеджера DIsney сменить работу

Forbes
«Пересекая границы» Майкла Дэвида-Фокса «Пересекая границы» Майкла Дэвида-Фокса

Майкл Дэвид-Фокс задается вопросом о советской модерности

Weekend
История авантюриста Барта Тодда, который с помощью почтовых марок изменил экономику целой страны История авантюриста Барта Тодда, который с помощью почтовых марок изменил экономику целой страны

Как почтовые марки с помощью одного отчаянного туриста перевернули жизнь Бутана

Maxim
Дмитрий Крымов: «Во всем мире театр просто помер» Дмитрий Крымов: «Во всем мире театр просто помер»

Дмитрий Крымов об онлайн-премьере проекта «Тайная вечеря» и глубине ужаса

GQ
Как англичане зарыли гениальное русское изобретение: история гирокара Шиловского Как англичане зарыли гениальное русское изобретение: история гирокара Шиловского

Взлеты и мытарства графа Петра Шиловского и его двухколесного гирокара

Maxim
Найдена одна из древнейших галактик во Вселенной Найдена одна из древнейших галактик во Вселенной

Галактика, которая помнит Вселенную еще совсем юной

Популярная механика
Надежда Толоконникова: «В России человек любого пола должен уметь постоять за себя» Надежда Толоконникова: «В России человек любого пола должен уметь постоять за себя»

Участница Pussy Riot о новом сингле «Нож» и домашнем насилии

Maxim
Разбираем костюмы Тони Монтаны в фильме «Лицо со шрамом» Разбираем костюмы Тони Монтаны в фильме «Лицо со шрамом»

Портной студии Paramount точно знал, как выглядят беспощадные мафиози

GQ
Сценарии возвратившегося времени Сценарии возвратившегося времени

Максим Семеляк о фильмах Нусинова и Лунгина как зеркале сегодняшней жизни

Weekend
Hyundai Tucson — 2021: каким будет новый кроссовер Hyundai Tucson — 2021: каким будет новый кроссовер

Новые подробности о кроссовере Hyundai Tucson следующего поколения

РБК
«Застенчивая невеста»: она отвергла 65 предложений руки и сердца «Застенчивая невеста»: она отвергла 65 предложений руки и сердца

Героиня нашего материала предпочла остаться в одиночестве

Cosmopolitan
Правая и левая антенны обеспечили муравьям память разной длительности Правая и левая антенны обеспечили муравьям память разной длительности

Какие отделы нервной системы муравьев ответственны за это, пока неизвестно

N+1
Темпы элиминации сонной болезни превзошли ожидания ВОЗ Темпы элиминации сонной болезни превзошли ожидания ВОЗ

В ближайшие десять лет ожидается полная ликвидация сонной болезни

N+1
Электросудорожная терапия на время вылечила дальтонизм Электросудорожная терапия на время вылечила дальтонизм

Как прицельная стимуляция повлияла на способ видеть цвета

N+1
Как на самом деле охотились хищные динозавры Как на самом деле охотились хищные динозавры

Небольшие хищные динозавры, вопреки мнению Голливуда, не охотились единой стаей

Популярная механика
10 самых идиотских налогов в истории 10 самых идиотских налогов в истории

По сравнению с этими налогами современные покажутся тебе триумфом логики

Maxim
Как обладание вещами крадет ваше время Как обладание вещами крадет ваше время

Отрывок из книги самого известного японского минималиста Ямио Сасаки

СНОБ
Вспоминая Канны: лучшие наряды кинофестивалей 2006-2016 годов Вспоминая Канны: лучшие наряды кинофестивалей 2006-2016 годов

Лучшие выходы на красные дорожки Каннского кинофестиваля разных лет

Esquire
Триумф аутсайдера: как пандемия сделала шахматы спортивным мейнстримом Триумф аутсайдера: как пандемия сделала шахматы спортивным мейнстримом

Шахматисты устроили два топ-турнира в онлайне, получив телеэфир

Forbes
Почти леди. Норман Мейлер о Мадонне (отрывок из интервью) Почти леди. Норман Мейлер о Мадонне (отрывок из интервью)

Разговор с Мадонной о славе, одиночестве, контрацепции, порно и религии

Esquire
Замена масла в АКП, вариаторе, «роботе». Почему это нужно делать Замена масла в АКП, вариаторе, «роботе». Почему это нужно делать

Для долгой работы коробок в «автоматах» нужно регулярно менять масло

РБК
Мечтая о путешествиях: 5 захватывающих фильмов о жажде приключений Мечтая о путешествиях: 5 захватывающих фильмов о жажде приключений

Подборка из пяти фильмов о невероятных путешествиях

Cosmopolitan
Новые простые Новые простые

Ксения Рождественская об американских демократах в фильме «Снести Большой дом»

Weekend
«Я обалдел от масштаба «трагедии»»: стилист Киркорова пришел в шок от его одежды «Я обалдел от масштаба «трагедии»»: стилист Киркорова пришел в шок от его одежды

Стилист Филиппа Киркорова рассказал о первом рабочем дне у артиста

Cosmopolitan
Придумали будущее и не завоевали рынок: история General Magic и её идеи «смартфона», который появился в 90-х Придумали будущее и не завоевали рынок: история General Magic и её идеи «смартфона», который появился в 90-х

Компания увлеклась разработкой и не заметила, как интернет обошёл их

VC.RU
5 отличных свежих сериалов, на которые стоит потрать время 5 отличных свежих сериалов, на которые стоит потрать время

Подборка из достойных сериалов, вышедших за последние три месяца

Esquire
Антикризисные профессии: чему научиться, чтобы зарабатывать Антикризисные профессии: чему научиться, чтобы зарабатывать

На кого можно выучиться в сжатые сроки?

РБК
Открыть в приложении