Kvantni algoritmi za molekularnu spektroskopiju
Glavni istraživač
Simulacija elektronskih spektara jedan je od glavnih ciljeva kvantne kemije. To se može izvesti bilo izravnim izračunom mnoštva pobuđenih elektronskih stanja ili uporabom vremenski ovisnih metoda, u kojima se spektar određuje iz autokorelacijske funkcije. Izravan račun stanja razuman je pristup u slučaju malih organskih molekula, no s porastom veličine molekula i uvođenjem teških atoma bogatih elektronima, povećava se gustoća stanja te takvi izračuni postaju neizvedivi. Uporaba vremenski ovisnih metoda zahtijeva propagaciju superpozicije pobuđenih stanja, za što je potrebno koristiti multireferente modele valne funkcije, koji zahtijevaju velike računalne resurse te uvode greške koje se akumuliraju u izračunu autokorelacijske funkcije. Kvantna računala, s druge strane, sastoje se od kvantnih bitova (kubita), koji omogućavaju zapis proizvoljnih valnih funkcija bez aproksimacija. Međutim, operacije na kubitima podložne su šumu koji unosi greške te postavlja gornju granicu na ukupan broj operacija. IBM trenutno predviđa pojavi kvantnih računala s 200 kubita i mogućim brojem operacija reda 10^7. Glavni cilj ovog projekta razvoj je kvantnih algoritama za simulaciju elektronskih spektara na kvantnim računalima navedenih specifikacija. U tu svrhu, cilj nam je razviti minimalan orbitalni model elektronske strukture koji se može zapisati na kvantnom računalu, a koji točno opisuje strukturu pobuđenih stanja. Navedeno ćemo postići uporabom približnih klasičnih metoda temeljenih na perturbacijskoj teoriji. Potom ćemo autokorelacijsku funkciju računati uporabom unitarne vremenske propagacije i Hadamardovog testa na kvantnom računalu. Razvijene algoritme primijenit ćemo na skupu odabranih lantanidnih kompleksa koji nalaze primjenu kao fluorescentni senzori.