Российский ученый создал новую методику квантового моделирования

Физик из Университета ИТМО предложил новую методику исследования свойств молекул и материалов на квантовом симуляторе. Она поможет улучшить наше понимание молекулярных систем. Соответствующая статья опубликована в журнале npj Quantum Information.

Идея квантового моделирования была предложена лауреатом Нобелевской премии Ричардом Фейнманом в 1982 году. Он предположил, что квантовые модели можно сделать наиболее приближенными к реальности, если мы используем хорошо управляемую квантовую систему.

После работ Фейнмана появилась отдельная отрасль квантовой информатики, основанная на понятии квантового компьютера — универсального квантового устройства, в котором цифровые последовательности операций (квантовые вентили) позволяют решать определенные задачи более эффективно по сравнению с обычными компьютерами.

Однако первоначальная идея Фейнмана, которая позже была названа аналоговым квантовым моделированием, до сих пор в основном использовалась для наблюдения динамических свойств квантовых систем, исключая при этом нахождение основного состояния, связанного с различными вычислительными задачами.

В новой работе сотрудник Университета ИТМО Александр Кириенко показал, что можно использовать последовательную эволюцию системы с измерениями перекрытия волновых функций. Это, согласно работе, делает исследование свойств основного состояния возможным с помощью аналоговых квантовых симуляторов.

Новый метод основан на последовательном применении гамильтониана — оператора, задействованного в уравнении Шредингера — для расчета основного состояния системы. Согласно расчетам, такой алгоритм можно использовать на аналоговых квантовых устройствах. Также исследователь показал, что предложенная им программа может моделировать состояния атома водорода и гидрида бериллия. В будущем планируется применить разработанную технологию для создания квантовых моделей больших систем, содержащих более 100 атомов.