Simulering af molekylær spektroskopi med kredsløbskvantelektrodynamik

Simulering af kvantekemi er en af ​​de kvædercomputers killer -applikationer. I de seneste år, Google, IBM og andre it -virksomheder har konstrueret stadig flere gode superledende qubits med det formål at simulere molekylære strukturer. I begyndelsen, kvantefasestimeringsalgoritmen blev overvejet til opnåelse af molekylernes jordtilstandsenergier. Imidlertid, skalerbarheden af ​​en sådan kvantealgoritme er for krævende for den nuværende kvanteteknologi. En alternativ metode er "variationen eigensolver, "som kan anvendes til at konstruere en enhedsversion af ansatz-koblingen," at løse en af ​​de største forhindringer i klassisk kvantekemi. Imidlertid, variationelle eigensolvers kan kun tilvejebringe et middel til at opnå den elektroniske struktur af molekyler. For en sammenligning med de eksperimentelle data, kvantecomputere skal være i stand til at forudsige molekylernes spektre.

For nylig, et team ledet af prof. Man-Hong Yung ved SUSTech og prof. Luyan Sun ved Tsinghua University har udført en principielt principiel eksperimentel demonstration af, hvordan superledende enheder kan simulere molekylers vibroniske spektre. Den superledende simulator er konstrueret af et tredimensionelt kredsløbskvantelektrodynamisk (QED) system, hvor en transmon qubit er koblet til 3D-hulrum. To kvantetilstande i qubit spiller rollerne som den elektroniske jord og spændte tilstande i et molekyle, og de kvantiserede elektromagnetiske tilstande understøttet af hulrummet bruges til at modellere molekylets vibrationer. De tidsmæssige korrelationsfunktioner kan opnås direkte med den superledende simulator. I øvrigt, den elektronisk-vibronic koblingsstyrke, kendetegnet ved Huang-Rhys-parameteren, kan justeres til en lang række værdier for at simulere forskellige molekyler.

Desuden, simulatoren kan opnå spektrene for både ligevægt og ikke-ligevægtstilstande, som kan gå ud over kapaciteten på klassiske computere, når de skaleres op. I fremtiden, når disse individuelle simulatorer er tilsluttet, komplekse kemiske reaktioner kan studeres og forudsiges med disse superledende enheder, som peger på en retning, hvor "kvanteoverlegenhed" kan opnås til praktiske anvendelser.