Physiker haben die Fähigkeit von Algorithmen für fehlertolerantes Quantencomputing untersucht, kontrollierte Simulationen durchzuführen
Zunächst Quantencomputer-Algorithmenin einem völlig anderen Kontext entwickelt. Im Rahmen der neuen Forschung wurden sie erstmals zur Berechnung der Elektronendichten von Molekülen eingesetzt, insbesondere ihrer dynamischen Entwicklung nach Anregung durch einen Lichtpuls.
Wissenschaftler haben einen Algorithmus für eine fiktive,ein völlig fehlerfreier Quantencomputer. Dann ließen sie es auf einem klassischen Server laufen, der einen Zehn-Qubit-Quantencomputer simuliert. Die Physiker beschränkten die Studie auf kleinere Moleküle, um Berechnungen ohne echten Quantencomputer durchzuführen und sie mit herkömmlichen Berechnungen zu vergleichen.
Quantenalgorithmen lieferten die erwarteten Ergebnisse. Sie erwiesen sich auch als geeignet, um mit künftigen Quantencomputern viel größere Moleküle zu berechnen.
Berechnungen halfen Wissenschaftlern, die Konzentration zu bestimmenElektronen und ihre Veränderung nach Anregung mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Hier wird am Beispiel eines Lithiumhydrid-Moleküls die Elektronendichteverschiebung von Cyanid (rot) zu Lithium (grün) während eines Laserpulses gezeigt. Quelle: F. Langkabel / HZB
Im Rahmen der Studie demonstrierten Wissenschaftlereine neue Möglichkeit, die Elektronendichte und ihre „Reaktion“ auf Lichtanregung im Voraus mit sehr hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu berechnen. Dies ermöglicht beispielsweise die Modellierung und das Verständnis ultraschneller Zerfallsprozesse. Sie sind in Quantencomputern aus sogenannten Quantenpunkten von entscheidender Bedeutung.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler es ermöglicht, das physikalische oder chemische Verhalten von Molekülen vorherzusagen. Beispielsweise bei der Absorption von Licht und der anschließenden Übertragung elektrischer Ladungen.
Langfristig wird dies die Entwicklung erleichternPhotokatalysatoren für die Produktion von grünem Wasserstoff durch Sonnenlicht oder werden dazu beitragen, die Prozesse in den Molekülen lichtempfindlicher Rezeptoren in den Augen von Menschen und anderen Lebewesen zu verstehen.
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