量子シミュレータは開発の初期段階にありますが、従来のコンピュータでは複雑すぎる問題を解決できる可能性を秘めています。インスブルックの物理学者の参加により、米国の科学者らが量子システムを利用して分子内のエネルギー移動をシミュレートすることに成功したと研究者らはジャーナルPhysical Review Xで報告している。
特定の問題を解決する
物理学者が複雑なシステムの接続を解明するためにプロセスをシミュレートするために使用しているのは、依然として従来型のコンピューターです。特に量子システムに関しては、計算が急速に複雑になり、最新のスーパーコンピューターですら失敗する運命にあります。
考えられる代替案は、量子シミュレーターです。これらは従来のデータ処理方法に基づくものではなく、量子力学の法則に従って機能します。量子コンピューターと同様に、理論家は、量子コンピューターが特定の問題を解決する上で大きな可能性を秘めていると予測しています。しかし、その技術開発はまだ実際に従来のシステムと競合できるほど進んでいません。
古典的な説明が失敗するとき
現在の研究により、アメリカの研究者らはこの方向への重要な一歩を踏み出した。量子シミュレーターのプロトタイプを使用して、分子内で発生するプロセスをシミュレートすることができました。インスブルック大学実験物理研究所のフィリップ・シンドラー氏は、「私たちは光合成にも重要な役割を果たすプロセスに基づいています」と語った。この物理学者は、FWF 科学基金からのアーウィン・シュレーディンガー奨学金の一環として、カリフォルニア州バークレー大学 (米国) でのプロジェクトに参加しました。
光合成中、光のエネルギーは長鎖分子の一位置で捕捉され、振動によって分子の他端に伝達されます。 「これは古典的には説明できないプロセスです」とシンドラー氏は説明した。 「このようなプロセスは、大量の量子相関が含まれているため、従来のコンピューターでは非常に単純なシステムでしか分析できません。」
分析の新たな可能性
このシミュレーターは 2 つのカルシウム イオンの形で実装されており、電場を使用して懸濁状態に保持され、その振動によってエネルギーを交換できます。イオンの 1 つがレーザーを使用して励起されると、特定の状況下で、吸収したエネルギーを他のイオンに移動させることができます。このプロセスは、光合成中のエネルギー移動に似ています。
ただし、研究者らが強調しているように、これはまだ純粋に実現可能性の研究であり、シミュレートされたシステムに対する新しい物理的または生物学的洞察は提供されていません。しかし、将来的には、10 個のイオンを使用したより複雑な設定を使用して、従来のコンピューターでは分析できないプロセスをシミュレートできるようにしたいと考えています。