Química Quântica e Computação Quântica

Prever a energia das moléculas com alta precisão durante o curso de uma reação química, o que, por sua vez, nos permite prever taxas de reação, geometrias de equilíbrio, estados de transição, entre outros, é um problema químico quântico.

A computação quântica poderia ajudar a química quântica resolvendo a equação de Schrodinger para sistemas grandes. Um exemplo de um problema que é intratável, mas tem aplicações na Química Quântica, é o método Hartree-Fock , um método para aproximar a função e a energia das ondas de um sistema quântico de muitos corpos (em estado estacionário). Sabe-se que esse problema é NP-completo (consulte Sobre a completude de NP do método Hartree-Fock para sistemas invariavelmente traducionais ). Outros exemplos da computação quântica para a química quântica são os Hamiltonianos 2-locais (QMA-completo), Hamiltonianos Fermionic Local (QMA-hard).

A computação quântica poderia dar respostas sim / não a perguntas para problemas específicos, como mostrar que certas moléculas têm momento dipolar. Além disso, RMN, íons presos e qubits supercondutores também poderiam ser usados ​​para simular esses sistemas químicos. Sendo assim, abordagens de fatores como o NISQ poderiam desempenhar um papel na simulação de sistemas químicos quânticos. Quais abordagens da Computação Quântica foram bem-sucedidas na solução de problemas de química quântica, como previsão de taxas de reação, taxas de transição (ou até mostram promessas)?

Você pode estar se referindo a trabalhos como Simulação da dinâmica de reação de isomerização química em um simulador de quantum de RMN ( versão arXiv ).

No entanto, eu diria que, em geral, a previsão de taxas de reação ou taxas de transição será muito mais difícil em comparação com esse trabalho de 3 qubit. Observe que uma grande quantidade de química ocorre na solução ou no estado sólido. Apenas fenômenos de poucas partículas (talvez reações entre moléculas simples na química atmosférica ou astroquímica), que também são os mais baratos de se calcular também com meios convencionais, podem ser simulados com poucos qubits. Assim que se aspira incorporar a reação em um ambiente, a complexidade de uma simulação realista explode.

Concordo que, se formos capazes de encontrar casos particulares de sistemas quânticos de escala intermediária ruidosa nos quais, por acaso, por design, o ruído é uma aproximação razoável do efeito real (térmico?) Do ambiente na reação química em estudo poderia nos dar pelo menos resultados emocionantes, talvez até úteis.

Nenhuma abordagem de computação quântica foi bem-sucedida em prever uma taxa de reação ou estado de transição que um computador clássico já não podia. Existem muitos algoritmos quânticos para resolver o problema da FCI com um número polinomial de portas para computadores quânticos; portanto, existem muitos algoritmos que mostram a promessa de construir superfícies de energia potencial de alta precisão para estudar as reações que você descreve.