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單個(gè)原子首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)分子在光照下反應(yīng)的完整量子模擬。這一突破性進(jìn)展由澳大利亞悉尼大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)完成，其極簡(jiǎn)方法有望加速實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”——即量子計(jì)算機(jī)在特定任務(wù)上展現(xiàn)出超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的能力，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)化學(xué)物質(zhì)或材料的行為。 傳統(tǒng)量子計(jì)算機(jī)需要多個(gè)量子比特進(jìn)行計(jì)算，而該團(tuán)隊(duì)僅用單個(gè)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(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society, JACS），專家評(píng)價(jià)稱，這是首次在分子能級(jí)模擬中達(dá)到如此復(fù)雜的水平，具有里程碑意義。 研究團(tuán)隊(duì)模擬了三種有機(jī)分子（丙二烯、丁三烯和吡嗪）受光子激發(fā)后的動(dòng)態(tài)過(guò)程，包括原子振動(dòng)和電子躍遷。這些數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)高效能量轉(zhuǎn)換材料（如太陽(yáng)能電池或防曬霜）至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)離子的特定狀態(tài)，振動(dòng)模式則通過(guò)離子在電場(chǎng)陷阱中的運(yùn)動(dòng)模擬。通過(guò)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(jì)算機(jī)雖能模擬簡(jiǎn)單分子，但對(duì)于含20種以上振動(dòng)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(xiàng)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(jì)算的核心應(yīng)用之一，但通常需要數(shù)百萬(wàn)量子比特才能實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。悉尼大學(xué)團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，其方法僅需幾十個(gè)離子即可完成有價(jià)值的模擬，為量子計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑。 《自然》網(wǎng)站（www.nature.com） |
