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單個(gè)原子首次實(shí)現了對分子在光照下反應的完整量子模擬。這一突破性進(jìn)展由澳大利亞悉尼大學(xué)的研究團隊完成，其極簡(jiǎn)方法有望加速實(shí)現“量子優(yōu)越性”——即量子計算機在特定任務(wù)上展現出超越傳統計算機的能力，精準預測化學(xué)物質(zhì)或材料的行為。 傳統量子計算機需要多個(gè)量子比特進(jìn)行計算，而該團隊僅用單個(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《美國化學(xué)會(huì )志》（Journal of the American Chemical Society, JACS），專(zhuān)家評價(jià)稱(chēng)，這是首次在分子能級模擬中達到如此復雜的水平，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(dòng)態(tài)過(guò)程，包括原子振動(dòng)和電子躍遷。這些數據對設計高效能量轉換材料（如太陽(yáng)能電池或防曬霜）至關(guān)重要。實(shí)驗中，研究人員將分子參數編碼至真空中的鐿離子上：電子激發(fā)態(tài)對應離子的特定狀態(tài)，振動(dòng)模式則通過(guò)離子在電場(chǎng)陷阱中的運動(dòng)模擬。通過(guò)激光調控，離子成功復現了分子受光后的演化行為。 傳統計算機雖能模擬簡(jiǎn)單分子，但對于含20種以上振動(dòng)模式的復雜分子（如許多生物分子）則效率低下。專(zhuān)家認為，這項研究首次展示了如何精準調控量子系統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用之一，但通常需要數百萬(wàn)量子比特才能實(shí)現實(shí)用化。悉尼大學(xué)團隊預測，其方法僅需幾十個(gè)離子即可完成有價(jià)值的模擬，為量子計算的實(shí)際應用開(kāi)辟了新路徑。 《自然》網(wǎng)站（www.nature.com） |
