A New Quantum Approach To Solve Electronic Structures Of Complex Materials

প্লেটো দ্বারা প্রকাশিত

অনুসরণকারী: 0

এপ্রিল 07, 2023 (নানোওয়ার্ক নিউজ) যদি আপনি জানেন যে পরমাণুগুলি যেগুলি একটি নির্দিষ্ট অণু বা কঠিন পদার্থ রচনা করে, তবে সেই পরমাণুর মধ্যে মিথস্ক্রিয়াগুলি গণনাগতভাবে নির্ধারণ করা যেতে পারে, কোয়ান্টাম যান্ত্রিক সমীকরণগুলি সমাধান করে — অন্তত, যদি অণুটি ছোট এবং সরল হয়। যাইহোক, এই সমীকরণগুলি সমাধান করার জন্য, উপাদান প্রকৌশল থেকে ড্রাগ ডিজাইন পর্যন্ত ক্ষেত্রগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ, জটিল অণু এবং উপকরণগুলির জন্য একটি নিষিদ্ধ দীর্ঘ গণনামূলক সময় প্রয়োজন। এখন, ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এর (DOE) Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি এবং শিকাগো বিশ্ববিদ্যালয়ের প্রিটজকার স্কুল অফ মলিকুলার ইঞ্জিনিয়ারিং (PME) এবং রসায়ন বিভাগের গবেষকরা একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার করে এই বৈদ্যুতিন কাঠামোগুলি সমাধান করার সম্ভাবনা অন্বেষণ করেছেন। গবেষণা, যা নতুন গণনামূলক পদ্ধতির সংমিশ্রণ ব্যবহার করে, অনলাইনে প্রকাশিত হয়েছিল জার্নাল অফ কেমিক্যাল থিওরি অ্যান্ড কম্পিউটেশন ("দক্ষ এনকোডিং এবং আনসাটজ স্কিম সহ ফার্মিওনিক হ্যামিল্টোনিয়ানদের কোয়ান্টাম সিমুলেশন") এটি Q-NEXT, Argonne এর নেতৃত্বে একটি DOE জাতীয় কোয়ান্টাম তথ্য বিজ্ঞান গবেষণা কেন্দ্র এবং মিডওয়েস্ট ইন্টিগ্রেটেড সেন্টার ফর কম্পিউটেশনাল ম্যাটেরিয়ালস (MICCoM) দ্বারা সমর্থিত ছিল। "কম্পিউটেশনাল কেমিস্ট্রির চ্যালেঞ্জিং সমস্যাগুলি মোকাবেলা করার জন্য কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার করার দিকে এটি একটি উত্তেজনাপূর্ণ পদক্ষেপ," বলেছেন গিউলিয়া গ্যালি, যিনি আর্গোনের একজন স্টাফ সায়েন্টিস্ট মার্কো গোভোনির সাথে গবেষণার নেতৃত্ব দিয়েছেন এবং ইউচিকাগো কনসোর্টিয়াম ফর অ্যাডভান্সড সায়েন্স অ্যান্ড ইঞ্জিনিয়ারিং (CASE) এর সদস্য। .

প্রফেসর গিউলিয়া গ্যালি এবং সহযোগী গবেষকরা একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার করে জটিল পদার্থের বৈদ্যুতিন কাঠামোর ভবিষ্যদ্বাণী করার সম্ভাবনা অন্বেষণ করেছেন, যা উপকরণ প্রকৌশল থেকে ড্রাগ ডিজাইন পর্যন্ত ক্ষেত্রের অগ্রগতি। (ছবি গ্যালি গ্রুপের সৌজন্যে)

একটি গণনামূলক চ্যালেঞ্জ

একটি উপাদানের বৈদ্যুতিন কাঠামোর ভবিষ্যদ্বাণী করা জটিল সমীকরণগুলিকে সমাধান করে যা নির্ধারণ করে যে কীভাবে ইলেকট্রনগুলি ইন্টারঅ্যাক্ট করে, সেইসাথে মডেলিং কীভাবে বিভিন্ন সম্ভাব্য কাঠামো তাদের সামগ্রিক শক্তি স্তরে একে অপরের সাথে তুলনা করে। প্রচলিত কম্পিউটারের বিপরীতে যা বাইনারি বিটে তথ্য সঞ্চয় করে, কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি কিউবিট ব্যবহার করে যা স্টেটের সুপারপজিশনে বিদ্যমান থাকতে পারে, তাদের কিছু সমস্যা আরও সহজে এবং দ্রুত সমাধান করতে দেয়। কম্পিউটেশনাল রসায়নবিদরা বিতর্ক করেছেন যে কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি শেষ পর্যন্ত প্রচলিত কম্পিউটারের চেয়ে জটিল পদার্থের ইলেকট্রনিক কাঠামোর সমস্যা মোকাবেলা করতে সক্ষম হবে কিনা। যাইহোক, আজকের কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলি তুলনামূলকভাবে ছোট থাকে এবং কোলাহলপূর্ণ ডেটা তৈরি করে। এমনকি এই দুর্বলতাগুলির সাথেও, গ্যালি এবং তার সহকর্মীরা ভেবেছিলেন যে তারা এখনও কোয়ান্টাম কম্পিউটারে বৈদ্যুতিন কাঠামোর সমস্যা সমাধানের জন্য প্রয়োজনীয় অন্তর্নিহিত কোয়ান্টাম কম্পিউটেশনাল পদ্ধতিগুলি তৈরি করতে অগ্রগতি করতে পারে কিনা। "আমরা যে প্রশ্নটি সত্যিই সমাধান করতে চেয়েছিলাম তা হল কোয়ান্টাম কম্পিউটারের বর্তমান অবস্থার সাথে কী করা সম্ভব," গোভোনি বলেছিলেন। "আমরা প্রশ্ন জিজ্ঞাসা করেছি: এমনকি যদি কোয়ান্টাম কম্পিউটারের ফলাফলগুলি গোলমাল হয়, তবুও কি তারা পদার্থ বিজ্ঞানের আকর্ষণীয় সমস্যাগুলি সমাধান করতে কার্যকর হতে পারে?"

একটি পুনরাবৃত্তিমূলক প্রক্রিয়া

গবেষকরা আইবিএম কোয়ান্টাম কম্পিউটার ব্যবহার করে একটি হাইব্রিড সিমুলেশন প্রক্রিয়া ডিজাইন করেছেন। তাদের পদ্ধতিতে, অল্প সংখ্যক কিউবিট - চার থেকে ছয়ের মধ্যে - গণনার অংশ সম্পাদন করে এবং ফলাফলগুলি একটি ক্লাসিক্যাল কম্পিউটার ব্যবহার করে আরও প্রক্রিয়া করা হয়। "আমরা একটি পুনরাবৃত্ত গণনামূলক প্রক্রিয়া ডিজাইন করেছি যা কোয়ান্টাম এবং প্রচলিত উভয় কম্পিউটারের শক্তির সুবিধা নেয়," বলেছেন বেঞ্চেন হুয়াং, গ্যালি গ্রুপের একজন স্নাতক ছাত্র এবং নতুন কাগজের প্রথম লেখক৷ বেশ কয়েকটি পুনরাবৃত্তির পরে, সিমুলেশন প্রক্রিয়াটি কঠিন-রাষ্ট্রীয় পদার্থের বিভিন্ন স্পিন ত্রুটিগুলির সঠিক ইলেকট্রনিক কাঠামো প্রদান করতে সক্ষম হয়েছিল। উপরন্তু, দলটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার দ্বারা উত্পন্ন অন্তর্নিহিত শব্দ নিয়ন্ত্রণে সহায়তা করার জন্য একটি নতুন ত্রুটি প্রশমন পদ্ধতি তৈরি করেছে এবং ফলাফলের নির্ভুলতা নিশ্চিত করেছে।

ভবিষ্যতে ইঙ্গিত

আপাতত, নতুন কোয়ান্টাম কম্পিউটেশনাল পদ্ধতি ব্যবহার করে সমাধান করা বৈদ্যুতিন কাঠামোগুলি ইতিমধ্যে একটি প্রচলিত কম্পিউটার ব্যবহার করে সমাধান করা যেতে পারে। অতএব, বৈদ্যুতিন কাঠামোর সমস্যা সমাধানে একটি কোয়ান্টাম কম্পিউটার একটি ধ্রুপদী কম্পিউটারের চেয়ে উচ্চতর হতে পারে কিনা তা নিয়ে দীর্ঘ দিনের বিতর্ক এখনও নিষ্পত্তি হয়নি। যাইহোক, নতুন পদ্ধতি দ্বারা প্রদত্ত ফলাফলগুলি আরও জটিল রাসায়নিক কাঠামোর সমাধান করার জন্য কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলির জন্য পথ প্রশস্ত করে। "যখন আমরা এটি 100 বা 4 এর পরিবর্তে 6 কিউবিট পর্যন্ত স্কেল করি, তখন আমরা মনে করি প্রচলিত কম্পিউটারের তুলনায় আমাদের একটি সুবিধা থাকতে পারে," হুয়াং বলেছেন। "কিন্তু শুধুমাত্র সময়ই নিশ্চিত করে বলবে।" গবেষণা গোষ্ঠীটি তাদের পদ্ধতির উন্নতি এবং স্কেল করার পাশাপাশি বিভিন্ন ধরণের ইলেকট্রনিক সমস্যা যেমন দ্রাবকের উপস্থিতিতে অণু এবং উত্তেজিত অবস্থায় অণু এবং উপকরণগুলি সমাধান করতে এটি ব্যবহার করার পরিকল্পনা করেছে।