Chemische bindingen op kwantumcomputer gesimuleerd

Chemische binding LiH gesimuleerd op kwantumcomputer

Een kunstenaarsimpressie van een lithiumhydridemolecuul dat zijn energiegrondtoestand nadert (afb: IQOQI Innsbruck)

Onderzoekers uit, onder meer, Australië en Oostenrijk zouden voor het eerst chemische bindingen hebben gesimuleerd op een kwantumcomputer met vier kwantumbits. Zelfs met de krachtigste superrekentuigen zou dat een heidense klus zijn. Toegegeven, het waren nog maar eenvoudige moleculen, maar met vier kwantumbits kun je ook niet meteen de hele (kwantum)wereld doorrekenen…
Het onderzoek stond onder leiding van Cornelius Hempel van de universiteit van Sydney. Hij en zijn medeonderzoekers waren op zoek naar een vruchtbare manier om met behulp van kwantumcomputer chemische bindingen en reacties te simuleren. “Zelfs de grootste supercomputers hebben grote problemen met het modelleren van zelfs de eenvoudigste scheikunde. Met kwantumcomputers zou je op dit terrein een manier hebben om die wereld te openen. Die geven ons mogelijkheden problemen op het gebied van materialen, geneesmiddelen en industriële chemicaliën op te lossen middels simulaties.”
Hoewel er wekelijks ‘doorbraken’ worden gemeld op het gebied van kwantumrekenen bevindt die technologie zich nog maar in de prille beginfase. Dus is het ook niet goed mogelijk aan te geven waar die ‘magistrale’ kwantummachines nu wel goed in zijn. Dan is het handig als je er een lastig probleempje mee kan kraken. Ze gebruikten daarvoor een bekend hybride (digitaal/kwantum) algoritme: variationele kwantumeigenoplosser (in sommige kringen bekend onder de afko VQE.
Kwantumscheikunde is de tak van wetenschap die iets probeert te begrijpen van chemische bindingen en reacties met behulp van de kwantummechanica, maar zelfs de simpelste scheikundige processen zijn te ‘geleerd’ voor supercomputers. Kwantumcomputers zouden een oplossing kunnen bieden, maar bouw er maar eens eentje.

Vier kwantumbits

Hempel en zijn medeonderzoekers gebruikten maar vier kwantumbits van een chip met twintig kwantumbits waarop de simulatiealgoritmes op draaiden. Als kwantumbits fungeerden ionen ‘gevangen’ in een elektromagetisch veld. Ze berekenden daarmee de bindingsenergieën van moleculair waterstof en lithiumhydride (een simpele verbinding van lithium en waterstof). Die eenvoudige verbindingen zijn nog op een klassiek rekentuig ‘door te rekenen’. Je kunt een kwantumcomputer wel iets laten berekenen, maar je moet natuurlijk wel weten wat die berekeningen waard zijn.

In plaats van zich te richten op de nauwkeurigste en grootste simulatie tot nu toe, keken de onderzoekers vooral wat er fout kan gaan met het hybride algoritme. Die benadering is onontbeerlijk bij deze prille techniek. Door het scheikundige probleem op diverse manieren te coderen konden de onderzoekers fouten in de hedendaagse, primitieve kwantumcomputers onderdrukken. Het eerste lammetje is over de dam, zullen we maar zeggen. Benieuwd hoevele er zullen volgen.

Bron: EurekAlert

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.