Moleküllerin titreşim spektrumlarını doğru hesaplamak, kimyadan ilaç geliştirmeye kadar pek çok alanda temel bir ihtiyaçtır. Ancak bu hesaplamalar, özellikle gerçek moleküllerin sergilediği anharmonik davranışlar söz konusu olduğunda, klasik bilgisayarlar için ciddi bir zorluk oluşturur.
Araştırmacılar, bu soruna yönelik ViBra adını verdikleri yeni bir metodoloji geliştirdi. ViBra, kuantum ve klasik hesaplamayı hibrit bir iş akışında birleştirerek moleküllerin titreşim yapısını anharmonik düzeyde hesaplayabiliyor. Yöntemin çekirdeğinde, önce her titreşim modunun diğerlerinden bağımsız olarak optimize edildiği Titreşimsel Öz-Uyumlu Alan (VSCF) yaklaşımı yer alıyor. Ardından modlar arası etkileşimler Titreşimsel Yapılandırma Etkileşimi (VCI) yöntemiyle hesaba katılıyor.
VCI üç farklı modda çalışabiliyor: Tüm olası yapılandırmaları göz önünde bulunduran Tam VCI (Full VCI), hesaplama yükünü azaltmak için yalnızca en önemli katkıları seçen Seçimli VCI (S-VCI) ve molekülün simetri özelliklerinden yararlanan Simetri Uyumlu VCI (SA-VCI). Bu esneklik, farklı büyüklükteki moleküllere yönelik hesaplamaların daha verimli yapılmasına olanak tanıyor.
ViBra'nın öne çıkan özelliği ise kuantum örnekleme algoritmalarıyla entegre çalışacak şekilde tasarlanmış olması. Elektronik yapı hesaplamalarında benzer kuantum-klasik hibrit yaklaşımlar son dönemde umut verici sonuçlar verdi; ViBra bu başarıyı titreşimsel hesaplamalara taşıma iddiasında. Gürültülü Orta Ölçekli Kuantum (NISQ) cihazlarında bile kullanılabilmesi hedefleniyor.
Başlangıç noktası olarak dörtlü kuvvet alanı (quartic force field) kullanan yöntem, atomlar arası etkileşimleri daha gerçekçi biçimde modelliyor. Bu sayede hesaplanan titreşim frekansları ve spektral özellikler, deneysel verilerle daha iyi örtüşüyor.
ViBra, hesaplamalı kimyada kuantum bilgisayarların pratik uygulamalara entegrasyonu yolunda somut bir adım olarak değerlendiriliyor. Gelecekte daha büyük ve karmaşık moleküllerin spektrumlarının güvenilir biçimde hesaplanmasına katkı sağlaması bekleniyor.