En los últimos años, la investigación y el desarrollo de las computadoras cuánticas han logrado avances significativos. Los cálculos químicos cuánticos para estructuras electrónicas de átomos y moléculas están atrayendo mucha atención como una de las aplicaciones más prometedoras de las computadoras cuánticas. Para utilizar los cálculos químicos cuánticos en química y campos relacionados, es esencial desarrollar métodos de optimización de geometría para encontrar la estructura más estable de las moléculas. La optimización de la geometría requiere cálculos de derivados de energía con respecto a las coordenadas nucleares de las moléculas.

En los últimos años, la investigación y el desarrollo de las computadoras cuánticas han logrado avances significativos. Los cálculos químicos cuánticos para estructuras electrónicas de átomos y moléculas están atrayendo mucha atención como una de las aplicaciones más prometedoras de las computadoras cuánticas. Para utilizar los cálculos químicos cuánticos en química y campos relacionados, es esencial desarrollar métodos de optimización de geometría para encontrar la estructura más estable de las moléculas. La optimización de la geometría requiere cálculos de derivados de energía con respecto a las coordenadas nucleares de las moléculas.

El método de diferencias finitas es un enfoque para los cálculos de disipación de energía. En una computadora clásica, los cálculos que utilizan este método para sistemas unidimensionales requieren al menos dos evaluaciones de la energía. Investigaciones anteriores han demostrado que una computadora cuántica, por otro lado, solo necesita una sola consulta para calcular las derivadas de energía utilizando el método de diferencias finitas, independientemente del número de grados de libertad. Sin embargo, no se han implementado circuitos cuánticos relevantes para algoritmos cuánticos capaces de realizar cálculos de disipación de energía.

Un grupo de investigación con el Dr. Kenji Sugisaki, el profesor Kazunobu Sato y el profesor emérito Takeji Takui de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka han ampliado con éxito el algoritmo de estimación de diferencia de fase cuántica, un algoritmo cuántico general para el cálculo directo de brechas de energía. para permitir el cálculo directo de las diferencias de energía entre dos geometrías moleculares diferentes. Esto permite el cálculo basado en el método de diferencias finitas de derivados de energía con respecto a las coordenadas del núcleo en un solo cálculo.

Además, el grupo de investigación aplicó los cálculos derivados de energía desarrollados para realizar optimizaciones geométricas de H2LiH, BeH2y N2 Moléculas sin calcular las energías totales, demostrando la utilidad del método desarrollado. El grupo también discutió cómo se pueden construir circuitos cuánticos de acuerdo con los diferentes grados de libertad de las moléculas.

Esta investigación es la última de una serie de artículos de los investigadores sobre cálculos químicos cuánticos en computadoras cuánticas. «Nuestros últimos hallazgos nos acercan un paso más a la aplicación de cálculos químicos cuánticos en una computadora cuántica a problemas del mundo real», dijo el Dr. Sugisaki. «Dado que los cálculos de derivados de energía se utilizan no solo para optimizar la geometría molecular, sino también para varios cálculos de propiedades moleculares, se espera que la aplicación de nuestro método desempeñe un papel muy importante en una variedad de campos relacionados, como en silico Descubrimiento/diseño de fármacos y desarrollo de materiales”.

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Acerca de la OMU

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