Расчет свойств молекул на квантовом компьютере

Исследователи химии и физики усовершенствовали квантовое моделирование, разработав алгоритм, который может более эффективно вычислять свойства молекул на квантовом компьютере.

Крупные квантовые компьютеры с исправлением ошибок, представленные сегодня, могут быть на расстоянии десятилетий, но эксперты энергично пытаются найти способы использования существующих и краткосрочных квантовых процессоров для решения полезных проблем, несмотря на ограничения из-за ошибок или «шума».

Ключевым предполагаемым использованием является моделирование молекулярных свойств. В долгосрочной перспективе это может привести к успехам в улучшении материалов и открытии лекарств. Но не с шумными расчетами, которые путают результаты.

Теперь команда исследователей химии и физики Virginia Tech разработала квантовое моделирование, разработав алгоритм, который может более эффективно вычислять свойства молекул на шумном квантовом компьютере. Члены факультета естественных наук Вирджинского технического колледжа Эд Барнс, София Эконому и Ник Мэйхолл недавно опубликовали статью в Nature Communications, в которой подробно описывается прогресс.

Ожидается, что квантовые компьютеры смогут выполнять определенные виды вычислений гораздо более эффективно, чем «классические» компьютеры, используемые сегодня. Однако они похожи на классические компьютеры в том, что они запускают алгоритмы, применяя последовательности логических вентилей — в данном случае «квантовых вентилей», которые вместе образуют квантовые схемы — к битам информации. Для современных шумных квантовых компьютеров проблема заключалась в том, что в цепи накапливалось бы столько шума, что вычисления ухудшались бы и делали любые последующие вычисления неточными. Ученые столкнулись с трудностями при разработке схем, которые были бы короче и точнее.

Техническая команда Вирджинии решила эту проблему, разработав метод, который итеративно увеличивает схему. «Мы начинаем с минимальной схемы, а затем увеличиваем ее, добавляя логические элементы после логических элементов в короткие замыкания, пока компьютер не найдет решение», — сказал Мейхолл, доцент кафедры химии.

Вторым важным преимуществом алгоритма является то, что Барнс, Эконому и Мэйхолл разработали его для адаптации на основе моделируемой молекулярной системы. Различные молекулы будут диктовать свои собственные схемы, специально разработанные для них.