科技日報訊 (實習(xí)記者張佳欣)據(jù)最新一期《物理化學(xué)通訊雜志》報道，日本大阪市立大學(xué)的研究小組成功擴展了量子相位差估計算法。這是一種直接計算能隙的通用量子算法，能夠直接計算兩種不同分子幾何形狀之間的能量差，使研究人員能在單個計算中基于有限差分法計算關(guān)于核坐標(biāo)的能量導(dǎo)數(shù)。

此外，該研究小組還應(yīng)用所開發(fā)的能量導(dǎo)數(shù)計算對H_2、LiH、BeH_2和N_2分子進行了幾何優(yōu)化，而無需計算總能量，證明了該方法的有效性。該小組還討論了如何根據(jù)分子的不同自由度組裝量子電路。

近年來，量子計算機的研究和發(fā)展取得了長足進步，原子和分子結(jié)構(gòu)的量子化學(xué)計算作為量子計算機最有前途的應(yīng)用之一而備受關(guān)注。為了將量子化學(xué)計算應(yīng)用于化學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域，開發(fā)幾何優(yōu)化方法以尋找最穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)是必不可少的。幾何優(yōu)化需要計算相對于分子核坐標(biāo)的能量導(dǎo)數(shù)。

有限差分法是計算能量導(dǎo)數(shù)的一種方法。在經(jīng)典計算機上，基于這種方法對一維系統(tǒng)的計算至少需要兩次能量評估。以前的研究表明，相比之下，量子計算機只需要一次就可基于有限差分方法計算能量導(dǎo)數(shù)，無需考慮自由度的多少。然而，與能夠執(zhí)行能量導(dǎo)數(shù)計算的量子算法相關(guān)的量子電路一直未能實現(xiàn)。

這項研究是研究人員關(guān)于量子計算機上的量子化學(xué)計算的一系列文章中的最新進展。研究人員表示，最新發(fā)現(xiàn)讓人們離將量子計算機上的量子化學(xué)計算應(yīng)用于現(xiàn)實世界的目標(biāo)又近了一步。由于能量導(dǎo)數(shù)計算不僅用于分子幾何優(yōu)化，而且還用于分子性質(zhì)的各種計算，新方法的應(yīng)用有望在廣泛的相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，例如計算機藥物發(fā)現(xiàn)或設(shè)計、材料開發(fā)等。