kvanttisimulaatiota

Kvanttisimulaatio on menetelmä, jolla mallinnetaan kvanttimekaanisten järjestelmien käyttäytymistä käyttämällä toista kvanttijärjestelmää. Tämä eroaa perinteisestä laskennasta, jossa kvantti-ilmiöitä yritetään simuloida klassisilla tietokoneilla, mikä voi käydä laskennallisesti erittäin raskaaksi jo pienillekin järjestelmille. Kvanttisimulaattorit hyödyntävät kvanttimekaniikan omia lakeja suorittamaan näitä laskutoimituksia tehokkaammin.

On olemassa kahdenlaista kvanttisimulaatiota: analoginen ja digitaalinen. Analogisessa kvanttisimulaatiossa käytetään fyysistä kvanttijärjestelmää, jonka Hamiltonin operaattori (energian kuvaaja) vastaa suoraan mallinnettavan järjestelmän Hamiltonin operaattoria. Digitaalisessa kvanttisimulaatiossa sen sijaan käytetään yleiskäyttöistä kvanttitietokonetta, joka toteuttaa mallinnettavan järjestelmän evoluution sarjana kvanttiportteja.

Kvanttisimulaatio on keskeinen työkalu kvanttilaskennan kehityksessä. Sillä on potentiaalia ratkaista monimutkaisia ongelmia esimerkiksi materiaalitieteessä, kemiassa ja fysiikassa, joihin perinteiset tietokoneet eivät pysty. Esimerkiksi uusien lääkkeiden tai materiaalien suunnittelu vaatii usein tarkkaa kvanttitason ymmärrystä molekyylien ja atomien käyttäytymisestä. Kvanttisimulaatiot mahdollistavat näiden järjestelmien tarkan mallintamisen ja analysoinnin. Tutkimus kvanttisimulaation alalla on vilkasta, ja uusia sovelluksia etsitään jatkuvasti.