去年10月,谷歌的量子计算机因为实现了“量子优越性”登上了Nature封面,仅用了200秒就解决了超算需要1万年才能求解的量子电路采样问题。因为分子遵循的是量子力学,用量子计算来模拟也更为合理。
在量子计算领域,量子纠缠被视为核心资源,随纠缠比特数目的增长,量子计算的能力也将呈指数增长。因此, 大规模纠缠态的制备、测量和相干操控成为了量子计算研究的核心问题。
据科学家估计,一台50比特的量子计算机,计算速度就能超过现有最强的超级计算机。
1、量子计算机最近的应用可能是化学——例如,模拟可能产生对下一代电池或新药的洞察的分子反应。随着分子变大,执行此类模拟变得更加复杂,这对传统计算来说可能是一个巨大的挑战,但可能是量子计算机可以克服的问题。
2、量子计算机具有并行计算能力、快速算法和优化问题、全局量子通信和安全性能力远超经典计算机。并行计算能力。量子计算机利用量子叠加和量子纠缠的特性,可以同时处理多个计算任务。
3、化学计算:量子计算机可以用于模拟复杂的分子结构和化学反应,帮助研究新材料和药物的设计。优化问题:量子计算机可以在短时间内处理复杂的优化问题,例如在交通路线规划、金融风险分析和供应链优化等领域。
4、量子模拟:建模材料最可能量子模拟器使用易操控的量子系统,来研究其他难以直接研究的量子系统属性。对化学反应和材料进行建模是量子模拟最有可能的一个应用。
5、促进新药和新材料研发 凭借其极高的处理能力,量子计算机将能够通过量子模拟同时研究多个分子、蛋白质和化学物质——标准计算机目前无法做到这一点,从而使科学家们能比现在更快、更高效地开发新药。
并建立了一些边缘学科,主要有量子有机化学、量子无机化学、量子生物和药物化学、表面吸附和催化中的量子理论、分子间相互作用的量子化学理论和分子反应动力学的量子理论等。
化学动力学研究的重点是基元反应,因为它是代表真正发生的化学反应的动力学过程的。目前,化学动力学的发展已进入微观层次,分子反应动力学的研究有着远大前景。
量子化学的研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能,及其结构与性能之间的关系;分子与分子之间的相互作用;分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。
典型例子如电环反应,只有用Robert Burns Woodward和Roald Hoffmann发现的轨道对称守恒规则才能理解其空间选择,是顺旋还是逆旋。在此之前,有机化学家们并不特别重视量子力学,感觉跟经验也差不多。
所以甚至DFT都没有必要学,会用软件就够了。计算化学又分做什么方向。光谱模拟的话基本上主要就是量子化学,而且可能DFT会不够,CC、CI、MP2什么的都要。做反应的DFT加上动力学。做材料的又要学材料对应的一系列手段。
原则上,如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面,并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹,就能计算反应速率和化学动力学的参数。