Química Cuántica y Computación Cuántica

Predecir la energía de las moléculas con alta precisión durante el curso de una reacción química, lo que a su vez nos permite predecir las tasas de reacción, las geometrías de equilibrio, los estados de transición, entre otros, es un problema químico cuántico.

La computación cuántica podría ayudar a la química cuántica resolviendo la ecuación de Schrodinger para sistemas grandes. Un ejemplo de un problema que es intratable pero que tiene aplicaciones en la Química Cuántica es el método Hartree-Fock , un método para aproximar la función de onda y la energía de un sistema cuántico de muchos cuerpos (en estado estacionario). Se sabe que este problema es NP completo (ver Sobre la integridad NP del método de Hartree-Fock para sistemas traslacionalmente invariantes ). Otros ejemplos de la computación cuántica a la química cuántica son 2-locales-hamiltonianos (QMA-complete), fermiónicos locales hamiltonianos (QMA-hard).

La computación cuántica podría dar respuestas sí / no a preguntas sobre problemas específicos, como mostrar que ciertas moléculas tienen un momento dipolar. Además, la RMN, los iones atrapados y los qubits superconductores también podrían usarse para simular tales sistemas químicos. Siendo ruido, un enfoque de factores como NISQ podría desempeñar un papel en la simulación de sistemas químicos cuánticos. ¿Qué enfoques de la computación cuántica han tenido éxito para resolver problemas de química cuántica, como predecir las tasas de reacción, las tasas de transición (o incluso ser prometedoras)?

Puede estar refiriéndose a trabajos como Simulación de dinámica de reacción de isomerización química en un simulador cuántico de RMN ( versión arXiv ).

Sin embargo, diría que, en general, la predicción de las tasas de reacción o las tasas de transición será mucho más difícil en comparación con este trabajo de 3 qubits. Tenga en cuenta que una gran cantidad de química ocurre en solución o en estado sólido. Solo los fenómenos de pocas partículas (quizás reacciones entre moléculas simples en química atmosférica o astroquímica), que también son las más baratas de calcular también con medios convencionales, pueden simularse con pocos qubits. Tan pronto como uno aspira a incorporar la reacción en un entorno, explota la complejidad de una simulación realista.

Estoy de acuerdo en que si somos capaces de encontrar casos particulares de sistemas cuánticos de escala intermedia ruidosos en los que, por casualidad por diseño, el ruido es una aproximación razonable al efecto real (¿térmico?) Del medio ambiente en la reacción química en estudio de hecho, podría darnos al menos resultados interesantes, tal vez incluso útiles.

Ningún enfoque de computación cuántica ha tenido éxito para predecir una velocidad de reacción o un estado de transición que una computadora clásica ya no podría hacer. Hay muchos algoritmos cuánticos para resolver el problema de FCI con un número polinómico de compuertas de computadora cuántica, por lo que hay muchos algoritmos que prometen construir las superficies de energía potencial de alta precisión para estudiar las reacciones que usted describe.