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據最新一期《物理化學通訊雜志》報道，日本大阪市立大學的研究小組成功擴展了量子相位差估計算法。這是一種直接計算能隙的通用量子算法，能夠直接計算兩種不同分子幾何形狀之間的能量差，使研究人員能在單個計算中基于有限差分法計算關于核坐標的能量導數。
此外，該研究小組還應用所開發的能量導數計算對H_2、LiH、BeH_2和N_2分子進行了幾何優化，而無需計算總能量，證明了該方法的有效性。該小組還討論了如何根據分子的不同自由度組裝量子電路。
近年來，量子計算機的研究和發展取得了長足進步，原子和分子結構的量子化學計算作為量子計算機最有前途的應用之一而備受關注。為了將量子化學計算應用于化學及相關領域，開發幾何優化方法以尋找最穩定的分子結構是必不可少的。幾何優化需要計算相對于分子核坐標的能量導數。
有限差分法是計算能量導數的一種方法。在經典計算機上，基于這種方法對一維系統的計算至少需要兩次能量評估。以前的研究表明，相比之下，量子計算機只需要一次就可基于有限差分方法計算能量導數，無需考慮自由度的多少。然而，與能夠執行能量導數計算的量子算法相關的量子電路一直未能實現。
這項研究是研究人員關于量子計算機上的量子化學計算的一系列文章中的最新進展。研究人員表示，最新發現讓人們離將量子計算機上的量子化學計算應用于現實世界的目標又近了一步。由于能量導數計算不僅用于分子幾何優化，而且還用于分子性質的各種計算，新方法的應用有望在廣泛的相關領域發揮重要作用，例如計算機藥物發現或設計、材料開發等。
來源：科技日報
