Дослідники зробили значний крок вперед у квантовій симуляції, створивши найбільший і найбільш керований симулятор на сьогоднішній день під назвою Quantum Twins, здатний моделювати складні матеріали з безпрецедентною точністю. Цей прорив може прискорити відкриття нових матеріалів із революційними властивостями, зокрема надпровідників, які працюють у практичних умовах.
Сила квантового моделювання
Квантові комп’ютери обіцяють вирішити проблеми, які не під силу класичним. Квантові симулятори йдуть іншим шляхом: замість обчислювальних рішень вони безпосередньо емулюють квантові системи. Це особливо цінно для матеріалознавства, оскільки багато властивостей матеріалів, наприклад надпровідність, виникають через квантові ефекти, які важко обчислити на звичайних комп’ютерах.
Традиційне моделювання бореться з великими системами та складними взаємодіями. Квантові симулятори обходять це обмеження, безпосередньо симулюючи поведінку електронів у матеріалах, пропонуючи швидкий шлях до розуміння та розробки екзотичних матеріалів.
Створення квантових близнюків
Симулятор Quantum Twins був створений шляхом вбудовування атомів фосфору в кремнієві чіпи. Кожен атом служить кубітом — фундаментальною одиницею квантової інформації — і дослідники точно розташували ці кубіти, щоб імітувати атомну структуру реальних матеріалів.
Поточна ітерація Quantum Twins складається з сіток, що містять 15 000 кубітів, що перевершує попередні моделювання. Важливо, що команда також контролює електронні властивості змодельованого матеріалу, налаштовуючи, наскільки легко електрони рухаються або взаємодіють у сітці. Цей рівень контролю необхідний для точного моделювання.
Початкові результати та майбутні перспективи
Команда протестувала симулятор, відтворивши добре відому модель того, як дефекти впливають на електропровідність. Результати підтверджують здатність симулятора працювати зі складними системами, які кидають виклик класичним комп’ютерам.
Заглядаючи вперед, Quantum Twins готові вирішити деякі з найскладніших проблем у матеріалознавстві:
- **Надпровідники при кімнатній температурі: ** Сучасні надпровідники вимагають сильного холоду або тиску. Квантове моделювання може допомогти розробити матеріали, які є надпровідними за нормальних умов, революціонізуючи передачу та зберігання енергії.
- Відкриття ліків і штучний фотосинтез: моделювання інтерфейсу між металами та молекулами може прискорити розробку нових ліків і більш ефективних пристроїв штучного фотосинтезу.
Чому це важливо
Здатність точно моделювати матеріали на квантовому рівні змінює правила гри. Йдеться не лише про швидші обчислення; йдеться про розробку матеріалів із властивостями, яких зараз неможливо досягти. Цей прорив наближає дослідників до створення матеріалів із індивідуальними властивостями, потенційно вирішуючи серйозні проблеми в енергетиці, медицині тощо.
«Масштаб і контроль, яких ми досягли за допомогою цих симуляторів, означають, що тепер ми готові вирішувати деякі дуже цікаві проблеми», — каже Мішель Сіммонс, провідний дослідник проекту.
Ця розробка передбачає майбутнє, в якому матеріали будуть створюватися атом за атомом, відкриваючи властивості, про які ми сьогодні можемо лише мріяти.
