Kimia Quantum dan Komputasi Quantum

Memprediksi energi molekul dengan akurasi tinggi selama reaksi kimia, yang pada gilirannya memungkinkan kita untuk memprediksi laju reaksi, geometri kesetimbangan, keadaan transisi antara lain adalah masalah Kimia Quantum.

Komputasi Quantum dapat membantu Kimia Quantum dengan menyelesaikan persamaan Schrodinger untuk sistem besar. Contoh masalah yang tidak dapat dipecahkan tetapi memiliki aplikasi untuk Quantum Chemistry adalah metode Hartree-Fock , metode untuk memperkirakan fungsi gelombang dan energi dari sistem banyak-tubuh kuantum (dalam keadaan stasioner). Masalah ini dikenal sebagai NP-complete (lihat Kelengkapan-NP dari metode Hartree-Fock untuk sistem invarian secara terjemahan ). Contoh lain dari Komputasi Quantum untuk kimia Quantum adalah 2-lokal-Hamiltonian (QMA-complete), Fermionic Local Hamiltonian (QMA-hard).

Quantum Computing dapat memberikan jawaban ya / tidak terhadap pertanyaan untuk masalah khusus seperti menunjukkan molekul tertentu memiliki momen dipol. Juga, NMR, Trapped Ion, dan qubit superkonduktor dapat digunakan untuk mensimulasikan sistem kimia seperti itu juga. Kebisingan, pendekatan faktor seperti NISQ dapat berperan dalam mensimulasikan sistem kimia kuantum. Apa pendekatan Komputasi Quantum telah berhasil memecahkan masalah kimia Quantum seperti memprediksi laju reaksi, laju transisi (atau bahkan menunjukkan janji)?

Anda mungkin merujuk pada karya-karya seperti Simulasi Dinamika Reaksi Isomerisasi Kimia pada Simulator Quantum NMR ( versi arXiv ).

Namun, saya akan mengatakan bahwa secara umum prediksi laju reaksi atau laju transisi akan jauh lebih sulit dibandingkan dengan pekerjaan 3-qubit ini. Perhatikan sejumlah besar kimia terjadi dalam larutan atau dalam kondisi padat. Hanya beberapa fenomena partikel (mungkin reaksi di antara molekul sederhana dalam kimia atmosfer atau astrokimia), yang juga paling murah untuk dihitung juga dengan cara konvensional, dapat disimulasikan dengan beberapa qubit. Segera setelah seseorang bercita-cita untuk menanamkan reaksi dalam suatu lingkungan, kompleksitas simulasi realistis meledak.

Saya setuju bahwa jika kita dapat menemukan kasus-kasus tertentu dari sistem Quantum-Skala Menengah Noisy di mana, secara kebetulan oleh desain, kebisingan adalah perkiraan yang masuk akal untuk efek nyata (termal?) Dari lingkungan dalam reaksi kimia yang diteliti. memang bisa memberi kita setidaknya hasil yang menarik, bahkan mungkin berguna.

Tidak ada pendekatan komputasi kuantum yang pernah berhasil untuk memprediksi laju reaksi atau keadaan transisi yang tidak bisa dilakukan oleh komputer klasik. Ada banyak algoritma kuantum untuk menyelesaikan masalah FCI dengan jumlah polinomial gerbang komputer-kuantum, sehingga ada banyak algoritma yang menjanjikan untuk membangun permukaan energi potensial dengan akurasi tinggi untuk mempelajari reaksi yang Anda gambarkan.