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

8 тайных фантазий девушек, о которых они почти никогда не рассказывают 8 тайных фантазий девушек, о которых они почти никогда не рассказывают

Да — есть вещи, которые девушки... обычно не предлагают

Playboy
Как все запущено: 85 вещей, которые человечество сочло нужным послать в космос Как все запущено: 85 вещей, которые человечество сочло нужным послать в космос

Странные вещи, отправленные в космос

Esquire
Стать лучшей версией себя: 7 книг для саморазвития от вице-президента Whirpool Стать лучшей версией себя: 7 книг для саморазвития от вице-президента Whirpool

Книги, которые перевернут ваше представление о себе

Forbes
Создан алгоритм, предсказывающий поведение кубитов под влиянием шума Создан алгоритм, предсказывающий поведение кубитов под влиянием шума

Как эффективно управлять динамикой квантовых битов при наличии внешних шумов?

Популярная механика
Пылинка могла сделать MacBook бесполезным: зачем Apple создала клавиатуру-«бабочку» и почему отказалась от неё Пылинка могла сделать MacBook бесполезным: зачем Apple создала клавиатуру-«бабочку» и почему отказалась от неё

«Бабочка» запомнится одним из серьёзных провалов Apple последних лет

VC.RU
Стул Филиппа Старка и столы из мусора: 5 примеров экологичного дизайна Стул Филиппа Старка и столы из мусора: 5 примеров экологичного дизайна

В умелых руках и мусор может стать объектом коллекционирования

РБК
«Только трехмесячная дочка доход приносит»: в какой ситуации оказались спортивные судьи из-за пандемии «Только трехмесячная дочка доход приносит»: в какой ситуации оказались спортивные судьи из-за пандемии

Как спортивные судьи выживают на карантине

Forbes
Да пребудет с тобой Четвёртое мая! 17 неожиданных фактов о саге Да пребудет с тобой Четвёртое мая! 17 неожиданных фактов о саге

4 мая - особенный день для поклонников саги “Звездные войны”

Cosmopolitan
Топ-5 комичных ситуаций, произошедших на хоккейных матчах Топ-5 комичных ситуаций, произошедших на хоккейных матчах

Надевай шлем, коньки и наслаждайся невероятными историями с видеоповторами

Maxim
Кристина Орбакайте: три героя её романа Кристина Орбакайте: три героя её романа

Дочери Примадонны удалось стать успешной артисткой и найти настоящую любовь

Cosmopolitan
Все, что нужно знать о Doja Cat: от совместки с Ники Минаж до романа с коллегой Все, что нужно знать о Doja Cat: от совместки с Ники Минаж до романа с коллегой

Как Doja Cat удалось пробиться на музыкальный олимп?

Cosmopolitan
Золото с края земли: как единственный в списке Forbes бизнесмен с Колымы стал обладателем состояния в сотни миллионов долларов Золото с края земли: как единственный в списке Forbes бизнесмен с Колымы стал обладателем состояния в сотни миллионов долларов

Как Владимир Христов спас магаданскую компанию «Сусуманзолото» в 1990-х

Forbes
«А нам все равно!»: кто рад карантину «А нам все равно!»: кто рад карантину

Кто-то на карантине сходит с ума, а кому-то хорошо и взаперт

Psychologies
Стойте, полиция! Как женщине путешествовать по Ирану в одиночку Стойте, полиция! Как женщине путешествовать по Ирану в одиночку

Исторические места Древняя Персия, нефтяные месторождения и остров Киш

Forbes
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
Бухгалтерия чувств Бухгалтерия чувств

Ксения Рождественская о документальном фильме про Джеффри Эпштейна

Weekend
Как обладание вещами крадет ваше время Как обладание вещами крадет ваше время

Отрывок из книги самого известного японского минималиста Ямио Сасаки

СНОБ
Пребывание на МКС странным образом влияет на микробиомы астронавтов Пребывание на МКС странным образом влияет на микробиомы астронавтов

Пребывание на МКС оставляет у космонавтов особый «микробный отпечаток»

Популярная механика
Дональд Гловер — Childish Gambino, сценарист, комик? 5 ипостасей артиста Дональд Гловер — Childish Gambino, сценарист, комик? 5 ипостасей артиста

Кто же такой этот Дональд Гловер?

Esquire
Как Северная Корея и Южная Корея пошли по разным дорожкам Как Северная Корея и Южная Корея пошли по разным дорожкам

Не было в мире более яркого геополитического эксперимента, чем разделение Кореи

Maxim
10 малоизвестных аварий на АЭС и утечек радиации 10 малоизвестных аварий на АЭС и утечек радиации

Аварии на АЭС, которые организации попытались скрыть

Популярная механика
Наталья Крачковская: «У меня был шанс устроить свою личную жизнь, но как-то не получилось...» Наталья Крачковская: «У меня был шанс устроить свою личную жизнь, но как-то не получилось...»

Я одна. Иногда думаю: вот упаду — никто даже и не узнает

Караван историй
Светлая полоса: фальшивый номер газеты Светлая полоса: фальшивый номер газеты

Как советские журналисты придумали способ обойти государственную цензуру

Esquire
Затмила Монику Беллуччи? Кто такая Дева Кассель и почему ее ждет большое будущее Затмила Монику Беллуччи? Кто такая Дева Кассель и почему ее ждет большое будущее

Что известно о дочери Моники Беллуччи и каких успехов она уже добилась

Cosmopolitan
Разрушительная скупость. Как подготовка к затяжному кризису делает этот кризис затяжным Разрушительная скупость. Как подготовка к затяжному кризису делает этот кризис затяжным

Драматическое сокращение спроса в экономике

СНОБ
Питались солнцем и заманивали в секс-рабство: в каких сектах состояли звезды Питались солнцем и заманивали в секс-рабство: в каких сектах состояли звезды

Cреди известных актеров довольно часто встречаются сектанты

Cosmopolitan
Штормгласс Фицроя: забытый метеорологический прибор XIX века Штормгласс Фицроя: забытый метеорологический прибор XIX века

Самый красивый метеорологический прибор, даже если он ничего не показывает

Популярная механика
«Польские земли под властью Петербурга: oт Венского конгресса до Первой мировой» «Польские земли под властью Петербурга: oт Венского конгресса до Первой мировой»

Варшава около 1900 года: гибель оккупированного города или рождение мегаполиса?

N+1
«Пересекая границы» Майкла Дэвида-Фокса «Пересекая границы» Майкла Дэвида-Фокса

Майкл Дэвид-Фокс задается вопросом о советской модерности

Weekend
Предупрежденные об опасности синицы увидели в деревянной палке змею Предупрежденные об опасности синицы увидели в деревянной палке змею

Синицы искали предметы, похожие на зрительный образ хищника

N+1
Открыть в приложении