单个原子首次实现了对分子在光照下反应的完整量子模拟。这一突破性进展由澳大利亚悉尼大学的研究团队完成，其极简方法有望加速实现“量子优越性”——即量子计算机在特定任务上展现出超越传统计算机的能力，精准预测化学物质或材料的行为。
传统量子计算机需要多个量子比特进行计算，而该团队仅用单个原子就编码了等效信息，大幅提升了硬件效率。研究成果最近发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society， JACS），专家评价称，这是首次在分子能级模拟中达到如此复杂的水平，具有里程碑意义。
研究团队模拟了三种有机分子（丙二烯、丁三烯和吡嗪）受光子激发后的动态过程，包括原子振动和电子跃迁。这些数据对设计高效能量转换材料（如太阳能电池或防晒霜）至关重要。实验中，研究人员将分子参数编码至真空中的镱离子上：电子激发态对应离子的特定状态，振动模式则通过离子在电场陷阱中的运动模拟。通过激光调控，离子成功复现了分子受光后的演化行为。
传统计算机虽能模拟简单分子，但对于含20种以上振动模式的复杂分子（如许多生物分子）则效率低下。专家认为，这项研究首次展示了如何精准调控量子系统以模拟特定分子特性。
分子化学模拟被视为量子计算的核心应用之一，但通常需要数百万量子比特才能实现实用化。悉尼大学团队预测，其方法仅需几十个离子即可完成有价值的模拟，为量子计算的实际应用开辟了新路径。