Một nhóm nghiên cứu từ IBM và Lockheed Martin vừa đạt được bước đột phá quan trọng trong việc kết hợp siêu máy tính truyền thống và máy tính lượng tử để mô phỏng chính xác cấu trúc của một loại phân tử đặc biệt tên là methylene (CH₂) – thứ từ lâu đã làm khó các nhà khoa học vì quá phức tạp.
Methylene là một phân tử nhỏ, chỉ gồm ba nguyên tử, nhưng lại có cấu trúc điện tử rất "khó chịu" vì nó thuộc loại gọi là “open-shell” – tức là có các electron lẻ, không ghép đôi. Những loại phân tử này thường rất nhạy cảm, dễ phản ứng và cực kỳ khó mô phỏng chính xác bằng các công cụ tính toán thông thường.
Ảnh minh họa
Hiểu rõ cách hoạt động và tính chất của những phân tử như thế này là cực kỳ quan trọng. Nó giúp các nhà khoa học dự đoán cách chất hóa học phản ứng với nhau, từ đó thiết kế động cơ đốt cháy tối ưu hơn, vật liệu mới, hoặc cảm biến chính xác hơn trong công nghiệp và hàng không.
Nhưng vì các electron trong những phân tử kiểu này tương tác rất phức tạp với nhau, nên ngay cả các siêu máy tính mạnh nhất hiện nay cũng mất rất nhiều thời gian và tài nguyên để xử lý. Đây là lúc máy tính lượng tử phát huy lợi thế.
Máy tính lượng tử có thể xử lý các bài toán mà máy tính cổ điển phải "chào thua", đặc biệt là trong lĩnh vực gọi là hóa học lượng tử – nơi các nhà nghiên cứu tìm cách mô phỏng chính xác cách các phân tử hoạt động ở cấp độ hạ nguyên tử.
Trong nghiên cứu này, nhóm IBM và Lockheed Martin đã sử dụng một cách tiếp cận mới có tên SQD (Sample-based Quantum Diagonalization) – tạm hiểu là phương pháp phân tích cấu trúc lượng tử dựa trên mẫu – để tính toán chính xác mức năng lượng và đặc điểm hóa học của methylene. Họ đã xác định được sự khác biệt giữa hai trạng thái năng lượng quan trọng của phân tử này (singlet và triplet), điều vốn rất khó làm trước đây.
Điều đặc biệt là đây không chỉ là bài toán lý thuyết. Methylene và những phân tử tương tự có vai trò thiết thực trong nhiều lĩnh vực như hàng không, động cơ, đốt nhiên liệu, và sản xuất năng lượng. Việc hiểu rõ chúng sẽ giúp con người tạo ra công nghệ sạch hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm chi phí hơn trong tương lai.
Đây cũng là minh chứng rõ ràng rằng máy tính lượng tử không còn là chuyện “khoa học viễn tưởng” nữa – nó đã bắt đầu được dùng để giải những bài toán thực tế mà máy tính thông thường không làm nổi, mở ra một kỷ nguyên mới cho nghiên cứu khoa học và công nghệ.
Anh Việt
Lấy link