Квантовое моделирование природных систем для 7-9 классов

О.С. Басаргин. 2025 год.

Введение

Природа подчиняется квантовым законам, поэтому квантовые компьютеры идеально подходят для её моделирования. В этой статье разберём, как можно использовать квантовые алгоритмы для симуляции физических, химических и биологических процессов, а также рассмотрим связь с Сфиральной моделью.

1.   Почему квантовые компьютеры подходят для моделирования природы?

•       Классические компьютеры плохо справляются с расчётом сложных квантовых взаимодействий.

•       Квантовые алгоритмы естественно описывают многомерные состояния, суперпозицию и запутанность.

•       Фрактальные структуры в природе можно эффективно анализировать через сферические и сфиральные координаты.

2.   Применение квантовых вычислений в моделировании

Квантовая химия

•       Моделирование молекул, предсказание их свойств.

•       Оптимизация катализаторов для химических реакций.

Биологические системы

•       Квантовое объяснение процессов в фотосинтезе.

•       Исследование взаимодействия белков и ДНК.

Физика

•       Квантовые фазовые переходы.

•       Изучение свойств сверхпроводников.

3.   Код для квантового моделирования молекул

from qiskit import Aer, execute

from qiskit_nature.problems.second_quantization.electronic import ElectronicStructureProblem

from qiskit_nature.drivers.second_quantization import PySCFDriver

1

from qiskit_nature.converters.second_quantization import QubitConverter

# Определение молекулы воды

driver = PySCFDriver(atom='H 0 0 0; O 0 0.757 0.586', basis='sto-3g') problem = ElectronicStructureProblem(driver) converter = QubitConverter(mapper='parity')

hamiltonian = converter.convert(problem.second_q_ops()[0])

# Симуляция

backend = Aer.get_backend('aer_simulator') job = execute(hamiltonian, backend)

result = job.result() print(result.get_counts())

4.   Связь с Сфиральной моделью

•       Витки сфирали могут описывать квантовые переходы в молекулах.

•       S-образные линии соответствуют фазовым переходам в физике.

•       Запутанность можно представить через многослойные сфиральные структуры.

5.   Итоги и задания

•       Запустите код и изучите квантовое состояние молекулы.

•       Как сфиральные координаты можно использовать для биологических процессов?

•       Какие природные явления требуют квантового моделирования?

Следующая тема: квантовые технологии в повседневной жизни.

2