Dr. Hyang-Tag Lim’in Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST) Kuantum Teknoloji Merkezi’ndeki araştırma ekibi, geleneksel yöntemlere göre daha az kaynak kullanarak, atomlar arası bağ mesafelerini ve temel durum enerjilerini kimyasal hassasiyetle tahmin edebilen bir kuantum hesaplama algoritması geliştirdi. Araştırmanın sonuçları Science Advances dergisinde yayınlandı.
Kuantum bilgisayarların önemli bir dezavantajı var; bilgi işlem alanı büyüdükçe hataların hızla artması. Bu sorunun üstesinden gelmek için klasik ve kuantum bilgisayarların avantajlarını birleştiren Variational Quantum Eigensolver (VQE) yöntemi geliştirildi. VQE, daha hızlı hesaplamalar gerçekleştirmek için bir kuantum işlem biriminin (QPU) ve klasik bir işlem biriminin (CPU) kullanılmasına olanak tanıyan hibrit bir algoritmadır. Ancak mevcut kübit tabanlı VQE uygulamaları, ölçeklendirmeyi zorlaştıran hata sorunlarıyla karşı karşıyadır.
Dr. Lim’in ekibi, kubitler yerine kudit adı verilen daha çok boyutlu bir kuantum bilgisi biçimini kullandı. Qudit, geleneksel bir kübitin temsil edebileceği 0 ve 1’e ek olarak 0, 1 ve 2 de dahil olmak üzere birden fazla duruma sahip olabilen bir kuantum birimidir. Bu, daha karmaşık kuantum hesaplamalarına olanak tanır. Bu çalışmada kudit, tek bir foton durumunun yörünge açısal momentumu ile gerçekleştirilmiş ve holografik görüntüler aracılığıyla foton fazının ayarlanmasıyla boyutsal genişleme mümkün kılınmıştır. Bu, yüksek boyutlu hesaplamaların karmaşık kuantum geçitleri olmadan gerçekleştirilmesine olanak tanıyarak hataları azalttı.
Ekip, bu yöntemi kullanarak, dört boyutlu hidrojen molekülleri ile 16 boyutlu lityum hidrit (LiH) molekülleri arasındaki bağ uzunluğunu tahmin etmek için VQE kullanarak kuantum kimyasal hesaplamalar gerçekleştirdi. Bu, fotonik sistemlerde ilk kez 16 boyutlu hesaplamaların uygulanmasıdır. Kimyasal doğruluğu elde etmek için hata azaltma teknikleri gerektiren geleneksel VQE’lerin aksine, KIST ekibinin VQE’si herhangi bir hata azaltma tekniği olmadan kimyasal doğruluğu elde etti.
KIST’ten Dr. Hyang-Tag Lim, “Daha az kaynakla kimyasal hassasiyet elde edebilen qudit tabanlı kuantum hesaplama teknolojisi geliştirerek, bunun yeni ilaçlar geliştirmek ve pil performansını artırmak gibi çeşitli pratik alanlarda kullanılmasını bekliyoruz” dedi. Teknoloji aynı zamanda iklim modellemesi gibi karmaşık sorunların çözümünde de faydalı olabilir.
