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
Правила жизни Пирса Броснана Правила жизни Пирса Броснана

Пирс Броснан: актер, Дроэда, Ирландия, 67 лет

Esquire
Майли Сайрус, Меган Фокс и еще 6 знаменитостей, которые сменили имидж Майли Сайрус, Меган Фокс и еще 6 знаменитостей, которые сменили имидж

Популярные люди часто меняют стиль, прически и макияж для привлечения внимания

РБК
Вспоминая Канны: экспериментальные платья и веселые выходы на кинофестивалях 1966–1976 годов Вспоминая Канны: экспериментальные платья и веселые выходы на кинофестивалях 1966–1976 годов

Лучшие выходы на красные дорожки фестиваля разных лет

Esquire
Создан материал, способный быстро стать прозрачным в ИК-спектре Создан материал, способный быстро стать прозрачным в ИК-спектре

Открытие ученых может повысить надежность сложных оптических устройств

Популярная механика
Борода спасла мужчин от перелома челюсти Борода спасла мужчин от перелома челюсти

Мужчины с бородой могли получать преимущество в драках за положение в группе

N+1
«Непонятно, как такое кино продавать зрителю». Режиссер «Папа, сдохни» о провале на родине и  успехе на Западе «Непонятно, как такое кино продавать зрителю». Режиссер «Папа, сдохни» о провале на родине и  успехе на Западе

Кирилл Соколов рассуждает, как находить деньги и зарабатывать на авторском кино

Forbes
Танки слабые и всемогущие: поражения и триумфы Великой Отечественной Танки слабые и всемогущие: поражения и триумфы Великой Отечественной

На войне количество не стало качеством

Популярная механика
Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко Вышел сериал «Сквозь снег» — новая адаптация триллера Пона Джун Хо. Увы, до оригинала ему очень далеко

Сериал «Сквозь снег» — 10-серийный ремейк одноименного триллера Пона Джун Хо

Esquire
10 физических явлений на кухне: увидеть своими глазами 10 физических явлений на кухне: увидеть своими глазами

Кухня — отличная возможность наглядно объяснить физику

Популярная механика
Бодрящие факты о похмелье: действительно ли алкоголь обезвоживает? Бодрящие факты о похмелье: действительно ли алкоголь обезвоживает?

Алкоголь действует на организм несколько иначе, чем ученые предполагали

Популярная механика
6 забавных историй про животных на карантине 6 забавных историй про животных на карантине

Месяцы изоляции многие коротают наедине с питомцами

Psychologies
Они тебя похудеют: рейтинг самых полезных фитнес-блогеров Они тебя похудеют: рейтинг самых полезных фитнес-блогеров

Рейтинг блогеров, чей контент по праву можно назвать полезным

Cosmopolitan
В России создан сверхпрочный бетон, способный проводить электричество В России создан сверхпрочный бетон, способный проводить электричество

Инженеры разработали карбоновый бетон, способный проводить электричество

Популярная механика
«Матрешка» — это современный «День сурка». Рассказываем, чем хорош сериал «Матрешка» — это современный «День сурка». Рассказываем, чем хорош сериал

«Матрешка» рассказывает о 36-летней Наде, раз за разом переживающей свою смерть

Esquire
Твой личный шедевр Твой личный шедевр

Микротатуировки: за и против

Cosmopolitan
Электрон в атоме гелия заменили на пион Электрон в атоме гелия заменили на пион

Физики впервые экспериментально подтвердили экзотический метастабильный атом

N+1
Интерьер с харизмой Интерьер с харизмой

Яркий интерьер, главным героем которого стала кухня глубокого синего цвета

SALON-Interior
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
Прозрачный гонщик Прозрачный гонщик

Панорамная крыша — идеальный способ наслаждаться летним солнцем

GQ
Девушка Мороз Девушка Мороз

Короткая платиновая стрижка, точеные скулы, шрам, похожий на иероглиф

Esquire
Как изменилась система поиска детей в США: история 6-летнего Итана Патца Как изменилась система поиска детей в США: история 6-летнего Итана Патца

Однажды маленький мальчик ушел из дома и не вернулся

Cosmopolitan
Рыбий жир: доказанная польза для мужчин и рекомендации по употреблению Рыбий жир: доказанная польза для мужчин и рекомендации по употреблению

Пора «подсесть» на рыбий жир?

Playboy
Торговцы нефтью за один вечер потеряли на Московской бирже 1 млрд рублей. Кто должен оплатить этот счет? Торговцы нефтью за один вечер потеряли на Московской бирже 1 млрд рублей. Кто должен оплатить этот счет?

Позиции сторон и перспективы конфликта на Московской бирже

Forbes
Почему «Фаустпатрон» так и не стал супероружием Почему «Фаустпатрон» так и не стал супероружием

Хороший пиар — дороже правды

Maxim
Правила жизни Шер Правила жизни Шер

Правила жизни певицы и актрисы Шер

Esquire
«Пить не перестанут». Как виноделы по всему миру ищут способы пережить кризис и пандемию «Пить не перестанут». Как виноделы по всему миру ищут способы пережить кризис и пандемию

Как винная индустрия подстраивается под новую реальностью

Forbes
На свободу с чистой совестью: что знаки зодиака будут делать после карантина На свободу с чистой совестью: что знаки зодиака будут делать после карантина

Что мы будем делать, когда вырвемся на свободу

Cosmopolitan
Почему объявленные в России нерабочие дни требуют от компаний платить больше, чем раньше Почему объявленные в России нерабочие дни требуют от компаний платить больше, чем раньше

В трудовом праве явочным порядком появилось новое понятие — «нерабочие дни»

Forbes
Вся правда о глютене: мифы и факты Вся правда о глютене: мифы и факты

Что это за таинственное вещество, которое так испугало мировую общественность?

Популярная механика
Открыть в приложении