科学家首次实现量子技术实时分子反应模拟

该研究基于2023年突破 —— 科学家曾将抽象量子动力学过程放慢千亿倍进行模拟。

悉尼大学研究团队取得重大突破，首次利用量子计算机模拟真实分子的实时化学动力学过程。这项里程碑式成就标志着量子计算最具前景的应用之一 —— 解析原子如何相互作用形成新化合物或与光发生反应 —— 迈出了关键一步。

在量子化学家伊万·卡萨尔教授与物理学科Horizon学者谭廷瑞（音译）博士的带领下，这项仅用单个囚禁离子实现的突破，或将推动医学、能源与材料科学的量子化变革。相关成果发表于《美国化学会志》。

突破静态局限：捕捉分子动态行为

此前量子计算机主要限于计算分子静态特性（如能级），而复杂的实时动态行为始终难以捕捉。新研究通过模拟分子受光激发后的超快电子与振动变化，突破了这一限制 —— 这些过程传统计算机既难精确建模又难快速处理。

卡萨尔用登山作比："了解起点、终点和攀登高度是一回事，但这无助于理解行进路径。我们的新方法能完整模拟光与化学键相互作用的动态过程，就像随时掌握登山者的位置与能量状态。"

光驱动科学的飞跃

该技术为模拟光参与的所有化学反应与动力学打开大门，应用前景涵盖：理解光合作用与紫外线致DNA损伤、推进光动力癌症疗法、优化防晒配方、提升太阳能技术等。谭廷瑞指出："这些领域的超快光诱导过程认知尚浅，精准模拟工具将加速新材料、药物及光活性分子的发现。"

研究团队在2023年曾通过将抽象量子动力学放慢千亿倍进行模拟。谭廷瑞表示："本次我们将该方法应用于三种真实分子受光激发后的动力学模拟。虽然这些分子可用经典超算模拟，但更复杂分子将超出其能力范围 —— 量子技术能模拟所有经典计算无法企及的复杂性。"

真实分子，真实影响

与早期聚焦抽象模型的研究不同，本次实验成功模拟了丙二烯（C₃H₄）、丁三烯（C₄H₄）和吡嗪（C₄N₂H₄）等真实分子与光的相互作用，验证了该方法复制真实化学过程的能力。

最令人瞩目的是技术的超高效率：团队仅用单个囚禁离子就完成模拟，资源消耗仅为传统数字量子计算机的百万分之一。卡萨尔解释："用常规量子计算方法需11个完美量子比特和30万次无瑕疵纠缠门操作，而我们的方案能以极少资源研究复杂化学动力学。"

这项突破不仅验证了量子模拟的可行性，更为理解光与物质相互作用提供了革命性工具，或将重塑多个科学领域的研发范式。

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