Molekul

Mensimulasikan molekul dengan simulator kuantum

Kota Iwata et al. / CC BY

Mampu mensimulasikan bagaimana molekul bereaksi dengan molekul lain untuk menghasilkan senyawa molekul yang lebih besar adalah tugas yang sangat kompleks. Sejauh ini, komputer klasik atau bahkan superkomputer belum mampu memodelkan interaksi many body yang terjadi dalam senyawa tersebut, disebabkan tidak memiliki kapasitas untuk memproses informasi ini dalam jumlah waktu yang wajar.

Solusi simulator kuantum telah menjadi pendekatan alternatif untuk mengatasi masalah kuantum yang melampaui kemampuan komputasi kita. Beberapa diantaranya telah digunakan di bidang fisika benda terkondensasi dan untuk meniru kristal tetapi, sampai sekarang, masih belum diketahui bagaimana mensimulasikan interaksi antara elektron yang cukup akurat dalam sistem molekuler kompleks.

Dalam sebuah penelitian terbaru yang dilakukan MPQ di Garching, peneliti Javier Argüello-Luengo, saat ini menjadi kandidat doktor di ICFO, bersama dengan Alejandro González-Tudela dari IFF-CSIC, Tao Shi dari CAS, Peter Zoller, Direktur IQOQI, dan dipimpin oleh Ignacio Cirac, Direktur dan Head of Theory Department di MPQ, melaporkan pendekatan baru yang menunjukkan bagaimana simulator kuantum analog dapat meniru kimia kuantum molekul.

Dalam simulator kuantum mereka, mereka menggunakan three-dimensional atomic lattice, yang dapat dibuat oleh beberapa sinar laser yang bersilangan, “optical lattice”. Titik persimpangan dapat membentuk bentuk karton telur di mana atom diisi. Interaksi antara atom kemudian dapat dikontrol dengan memperkuat atau melemahkan sinar.

Dalam model teoritis ini, electrically neutral atoms dalam optical lattice berperan sebagai elektron. Atom-atom dapat bergerak bebas dari lekukan ke lekukan di “karton telur”, mirip dengan elektron dalam kulit molekul nyata. Tantangannya sekarang adalah bagaimana meniru cara elektron berinteraksi satu sama lain, efek ini dikenal sebagai interaksi Coulomb. Secara khusus, mensimulasikan tolakan antara satu sama lain karena mereka memiliki muatan listrik yang sama. Efek ini dapat diamati bahkan jarak jauh. Namun, atom-atom dalam “karton telur” hanya berinteraksi dengan tetangga langsung mereka.

Untuk menggambarkan interaksi Coulomb ini, para ilmuwan melihat kembali buku teori kuantum. Menurut buku, elektron saling tolak dengan bertukar partikel cahaya (foton). Dengan cara serupa, pendekatan baru menunjukkan, Pertama, setiap lekukan di “karton telur” diisi dengan atom tambahan. Masing-masing atom ini bisa “energetically excited” oleh iradiasi sinar laser, memberikan media untuk mentransmisikan interaksi. excited background atom meneruskan energi ke tetangganya, yang meneruskannya ke tetangganya dan seterusnya dan seterusnya. Eksitasi bergerak seperti foton melalui medium. “Elektron” dan excited background atom yang tereksitasi saling tolak. Jika eksitasi yang berjalan memenuhi “elektron” kedua, tolakan juga terjadi. Ini adalah bagaimana efeknya dimediasi. Probabilitas untuk pertukaran semacam itu berkurang dengan jarak antara dua “elektron”, seperti halnya dengan interaksi Coulomb.

Hasil penelitian membuktikan pendekatan ini sebagai opsi untuk mensimulasikan molekul yang lebih besar daripada hidrogen. Seperti yang Javier Argüello-Luengo sebutkan, “Langkah selanjutnya kami akan mencoba menghitung secara efisien struktur elektronik molekul menggunakan simulasi kuantum analog. Untuk memperkaya wawasan tentang masalah (bio)chemistry yang sulit dijelajahi dengan komputer saat ini ”.

Jurnal Referensi:

Argüello-Luengo, J., González-Tudela, A., Shi, T. et al. Analogue quantum chemistry simulation. Nature 574, 215–218 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1614-4

Tautan ke artikel asli:
Simulating molecules with quantum simulators / ICFO

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan penerjemahan menjadi tanggungjawab kami.