Laut Experten werden "tödliche Anwendungen" für Quantenprozessoren chemische Berechnungen umfassen. Um dies zu erreichen, erstellen sie Quantengeräte, die komplexe chemische Prozesse modellieren können. Die Entwicklung eines Quantenwellenpakets in der Nähe eines "konischen Schnittpunkts" oder einer bestimmten Anordnung des molekularen Energiepotentials wurde von Christopher Wang und seinen Kollegen an der Yale University unter Verwendung eines supraleitenden Schaltkreises modelliert. Kegelschnittpunkte sind für das Sehen relevant, da eine ähnliche Dynamik auftritt, wenn ein Photon auf das okulare Photorezeptorprotein Rhodopsin trifft.
Konische Übergänge treten auf, wenn der Grund- und der angeregte elektronische Zustand eines Moleküls kollidieren und ein kegelförmiges Energiepotential erzeugen. Dadurch sind die Bewegungen der Elektronen und Kerne des Moleküls eng aneinander gekoppelt. Konische Schnittpunkte wurden von Theoretikern als "teuflisch" bezeichnet, weil diese Verbindung zu einem theoretischen Ansatz führt, der Simulationen der elektronischen Struktur und Dynamik des Systems scheitern lässt.
Wang und seine Kollegen verbanden ein supraleitendes Qubit mit zwei Mikrowellenhohlräumen, um ihren konischen Schnittpunktsimulator zu erstellen. In diesem Gerät spiegeln die Schwingungen der Leerstellen die Kernbewegung wider, und die Zustände der Qubits repräsentieren die elektronischen Zustände eines Moleküls. Sie programmierten dieses System so, dass es den gleichen Hamilton-Operator wie ein konisches Schnittpunktsystem hat, indem sie speziell entworfene Mikrowellenimpulse verwendeten.
Mit Quantentomographie-Messungen zeigten sie, dass die Entwicklung der Quantenzustände des Systems genau die eines Pakets von Quantenwellen nachahmte, die einen konischen Schnittpunkt passieren.
Die Gruppe räumt ein, dass der simulierte Kegelschnitt chemisch nicht interessant ist, weil er so einfach ist. Wang behauptet jedoch, dass seine Experimente zeigen, dass Quantengeräte speziell programmiert werden können, um einen bestimmten Hamilton-Operator zu kopieren. Ihm zufolge könnte dieses Gerät zusammen mit weiteren Entwicklungen „den Baustein für etwas mit echter Verarbeitungsfähigkeit bilden“.
Quelle: physical.aps.org/articles/v16/s14
Günceleme: 26/01/2023 23:49
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