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單個原子首次實現(xiàn)了對分子在光照下反應(yīng)的完整量子模擬。這一突破性進展由澳大利亞悉尼大學(xué)的研究團隊完成，其極簡方法有望加速實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”——即量子計算機在特定任務(wù)上展現(xiàn)出超越傳統(tǒng)計算機的能力，精準(zhǔn)預(yù)測化學(xué)物質(zhì)或材料的行為。 傳統(tǒng)量子計算機需要多個量子比特進行計算，而該團隊僅用單個原子就編碼了等效信息，大幅提升了硬件效率。研究成果最近發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society, JACS），專家評價稱，這是首次在分子能級模擬中達(dá)到如此復(fù)雜的水平，具有里程碑意義。 研究團隊模擬了三種有機分子（丙二烯、丁三烯和吡嗪）受光子激發(fā)后的動態(tài)過程，包括原子振動和電子躍遷。這些數(shù)據(jù)對設(shè)計高效能量轉(zhuǎn)換材料（如太陽能電池或防曬霜）至關(guān)重要。實驗中，研究人員將分子參數(shù)編碼至真空中的鐿離子上：電子激發(fā)態(tài)對應(yīng)離子的特定狀態(tài)，振動模式則通過離子在電場陷阱中的運動模擬。通過激光調(diào)控，離子成功復(fù)現(xiàn)了分子受光后的演化行為。 傳統(tǒng)計算機雖能模擬簡單分子，但對于含20種以上振動模式的復(fù)雜分子（如許多生物分子）則效率低下。專家認(rèn)為，這項研究首次展示了如何精準(zhǔn)調(diào)控量子系統(tǒng)以模擬特定分子特性。 分子化學(xué)模擬被視為量子計算的核心應(yīng)用之一，但通常需要數(shù)百萬量子比特才能實現(xiàn)實用化。悉尼大學(xué)團隊預(yù)測，其方法僅需幾十個離子即可完成有價值的模擬，為量子計算的實際應(yīng)用開辟了新路徑。 《自然》網(wǎng)站（www.nature.com） |
