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單個原子首次實現了對分子在光照下反應的完整量子模擬。這一突破性進展由澳大利亞悉尼大學的研究團隊完成，其極簡方法有望加速實現“量子優越性”——即量子計算機在特定任務上展現出超越傳統計算機的能力，精準預測化學物質或材料的行為。 傳統量子計算機需要多個量子比特進行計算，而該團隊僅用單個原子就編碼了等效信息，大幅提升了硬件效率。研究成果最近發表于《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society, JACS），專家評價稱，這是首次在分子能級模擬中達到如此復雜的水平，具有里程碑意義。 研究團隊模擬了三種有機分子（丙二烯、丁三烯和吡嗪）受光子激發后的動態過程，包括原子振動和電子躍遷。這些數據對設計高效能量轉換材料（如太陽能電池或防曬霜）至關重要。實驗中，研究人員將分子參數編碼至真空中的鐿離子上：電子激發態對應離子的特定狀態，振動模式則通過離子在電場陷阱中的運動模擬。通過激光調控，離子成功復現了分子受光后的演化行為。 傳統計算機雖能模擬簡單分子，但對于含20種以上振動模式的復雜分子（如許多生物分子）則效率低下。專家認為，這項研究首次展示了如何精準調控量子系統以模擬特定分子特性。 分子化學模擬被視為量子計算的核心應用之一，但通常需要數百萬量子比特才能實現實用化。悉尼大學團隊預測，其方法僅需幾十個離子即可完成有價值的模擬，為量子計算的實際應用開辟了新路徑。 《自然》網站（www.nature.com） |
