Kuantum kimyasında önemli bir adım atılırken, araştırmacılar atom orbitallerini kuantum bilgisayarlarda temsil etmek için yenilikçi bir yöntem geliştirdi. Bu çalışma, hesaplamalı kimyada uzun süredir karşılaşılan temel bir soruna çözüm getiriyor.
Slater-tipi orbitaller (STO), atomların elektron dağılımını fiziksel olarak en doğru şekilde tanımlayan matematiksel yapılardır. Ancak çok merkezli integral hesaplamalarının karmaşıklığı nedeniyle, pratik uygulamalarda genellikle daha basit Gauss-tipi orbitaller tercih edilir. Bu durum, hesaplama kolaylığı karşılığında fiziksel doğruluğun feda edilmesi anlamına gelir.
Yeni araştırmada, bilim insanları matris ürün durumları (MPS) adı verilen kuantum mekaniksel bir yaklaşım kullanarak bu sorunu çözdü. Tek boyutlu orbital fonksiyonlar için geliştirilen analitik MPS yapıları, sabit bağ boyutu ile verimli hesaplama imkanı sunuyor. Bu yöntem, n-kübit kayıtları için yalnızca O(n) klasik ve kuantum kaynak gerektiriyor.
Araştırmacılar, örtüşme, kinetik enerji ve çekirdek çekim integrallerini içeren tam bir tek-elektron integral işlem hattını geliştirdi. IBM Heron işlemcilerinde yapılan 5-kübit testlerde, Sıfır Gürültü Extrapolasyonu kullanılarak yalnızca %0.67 donanım kaynaklı hata ile başarılı sonuçlar elde edildi.
Üç boyutlu hesaplamalarda ise çok merkezli örtüşme integrallerinin hesaplanması başarıyla gerçekleştirildi. Bu gelişme, kuantum bilgisayarlarda daha doğru kimyasal hesaplamalar yapılmasının yolunu açıyor ve atom orbitallerinin gerçekçi temsilinin kuantum hesaplamalarında kullanılmasına olanak tanıyor.