Учи Кванты! → Курс → Квантовая химия

Почему в химии сложные вычисления

Сложность химических расчётов — не в нерешаемых уравнениях, а в размере пространства состояний. Точное описание N электронов на M орбиталях — это суперпозиция всех способов разместить электроны по орбиталям, а число таких способов растёт как степень. У молекулы водорода состояний всего шесть. У средней молекулы вектор состояния уже разрастается до терабайтов. А у фермента FeMoco, которым бактерии добывают азот из воздуха, — порядка 10³¹ вариантов, столько чисел просто негде ни хранить, ни считать. Классический точный расчёт для таких молекул невозможен именно по этой причине.

Квантовому компьютеру нужно всего около M кубитов: ему не надо хранить суперпозицию: он сам и есть эта суперпозиция. Вот почему химия так естественна для квантовой машины: она моделирует квантовую систему напрямую. Покрутите ползунки M и N и найдите место, где классический расчёт срывается в «негде хранить».

Трудность — в размере, не в формулах

Уравнение, которое описывает электроны молекулы, известно давно. Трудность не в нём, а в размере ответа. Точное состояние N электронов на M орбиталях — это суперпозиция всех способов разложить электроны по орбиталям, и число таких способов растёт комбинаторно.

Сейчас на панели крошечная система, как у молекулы водорода: конфигураций всего шесть, всё умещается в сотню байт. Четыре орбитали, четыре кубита — та самая учебная задача из уроков про VQE. Начнём отсюда и будем наращивать.

Это платный урок курса. Дальше — интерактив: виджеты, схемы и контрольные вопросы. Продолжение — в полном курсе «Учи Кванты!»: открыть полный курс.