Cum-laude-natuurkundige Tom O’Brien stort zich op quantumcomputer-chemie
Met het proefschrift ‘Applications of topology to Weyl semimetals and quantum computing’ is de Leidse theoretisch natuurkundige Tom O’Brien vandaag gepromoveerd met een zeldzame beoordeling cum laude. Inmiddels is de versgemunte doctor al begonnen aan een vijfjarig onderzoek naar quantumcomputers in de quantumchemie, gefinancierd door Shell Research.
Quantummechanische wortelknollen
Quantumcomputers maken gebruik van fundamentele eigenschappen van de quantummechanica. Ze kunnen bepaalde berekeningen veel sneller uitvoeren dan gewone computers ooit zullen kunnen. Dat geldt onder andere voor berekeningen aan complexe moleculen.
Een voorbeeld is het femoco-molecuul, dat zit ingebed in het nitrogenase-eiwit van sommige bacteriën en blauwalgen. Die gebruiken het molecuul om stikstof uit de lucht in te bouwen in biologisch bruikbare moleculen. Zulke stikstof-vastleggende bacteriën zitten in de wortelknollen van klaver, bekend om zijn vermogen om de grond te verrijken met stikstof. Vanwege het het belang van dit proces voor landbouw is het belangrijk om te begrijpen hoe dat precies werkt.
Tom O'Brien legt uit
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website ofSnelheidswinst
‘Bij het vastleggen van stikstof bewegen elektronen door het femoco-molecuul heen, maar we hebben geen idee hoe dat in zijn werk gaat’, zegt O’Brien. ‘Met losse femoco-moleculen werkt het niet, dus het heeft in ieder geval ook te maken met de inbedding in het eiwit. Maar om het hele complex precies door te rekenen is een verschrikkelijk lastig probleem, dat met klassieke computers veel te lang gaat duren.’
Met een quantumcomputer is het geheim van femoco hoogstwaarschijnlijk wel binnen bereik. Aan het bouwen van zo’n quantumcomputer wordt al jaren hard gewerkt, onder andere door natuurkundigen aan de TU Delft. Maar minstens zo belangrijk is het bedenken van rekenmethoden, om de moleculen ook echt door te kunnen rekenen met de beloofde snelheidswinst.
beeld: Jjsjjsjjs, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons
Shell Research
Met financiële steun van Shell Research is aan de Universiteit Leiden een onderzoeksgroep van start gegaan, die samen met chemici van de Vrije Universiteit quantumchemie-algoritmen gaat ontwerpen en onderzoeken. Onderzoeksleider O’Brien, die zich al tijdens zijn promotie-onderzoek met quantumalgoritmen bezighield, kan hiermee vijf jaar werken aan quantumalgoritmen voor quantumchemie.