Квантовые симуляции физических процессов для 10-11 классов

Квантовые симуляции физических процессов для 10-11 классов

О.С. Басаргин. 2025 год.

Введение

Квантовые компьютеры могут моделировать физические процессы, которые сложно или невозможно воспроизвести на классических компьютерах. В этой статье разберём, как квантовые симуляции используются в физике и как они связаны с Сфиральной моделью.

1.   Зачем нужны квантовые симуляции? •        Моделирование молекул – предсказание свойств химических соединений.

•       Физика материалов – изучение квантовых фазовых переходов и сверхпроводимости.

•       Космология – моделирование ранней Вселенной и чёрных дыр.

2.   Основные принципы квантовых симуляций

•       Квантовые гейты позволяют эмулировать динамику сложных систем.

•       Запутанность моделирует коллективное поведение частиц.

•       Суперпозиция создаёт многомерные состояния системы.

3.   Код для квантовой симуляции молекулы

from qiskit import Aer, execute

from qiskit_nature.problems.second_quantization.electronic import ElectronicStructureProblem

from qiskit_nature.drivers.second_quantization import PySCFDriver 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())

1

4.   Связь с Сфиральной моделью

•       Витки сфирали могут моделировать квантовые переходы в сложных системах.

•       S-образные линии соответствуют фазовым переходам в материалах.

•       Запутанность отражает нелокальные корреляции в физических процессах.

5.   Итоги и задания

•       Как квантовые компьютеры улучшают моделирование физических процессов?

•       Запустите код и изучите квантовые состояния молекулы.

•       Какие природные явления можно эффективно симулировать с помощью квантовых вычислений?

Следующая тема: квантовые технологии грядущего для 10-11 классов.

2