Παρά τις προσδοκίες για τις εφαρμογές της κβαντικής υπολογιστικής, μια νέα μελέτη βιωσιμότητας που δημοσιεύθηκε στο «Physical Review B» υποστηρίζει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές αντιμετωπίζουν ακόμη σημαντικά εμπόδια στην επίλυση προβλημάτων κβαντικής χημείας.
Η έρευνα αξιολογεί τα κριτήρια που απαιτούνται για την επίτευξη κβαντικού πλεονεκτήματος στην εύρεση της ενέργειας θεμελιώδους κατάστασης των μορίων, δοκιμάζοντας δύο διαφορετικούς αλγορίθμους.
Ο αλγόριθμος VQE και οι περιορισμοί του
Η ομάδα εξέτασε αρχικά τον αλγόριθμο Variational Quantum Eigensolver (VQE), ο οποίος χρησιμοποιείται σε θορυβώδεις συσκευές τρέχουσας τεχνολογίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο VQE είναι εξαιρετικά ευαίσθητος σε σφάλματα υλικού και στην απώλεια συνοχής.
Οι ερευνητές επεσήμαναν ότι για την επίτευξη χημικής ακρίβειας απαιτούνται ποσοστά σφαλμάτων πολύ χαμηλότερα από τις τρέχουσες δυνατότητες, ενώ οι υπάρχουσες τεχνικές μείωσης σφαλμάτων δεν επαρκούν. Επιπλέον, ο χρόνος εκτέλεσης για πολύπλοκα μόρια είναι απαγορευτικός – για παράδειγμα, μια πλήρης προσομοίωση του μορίου Cr2 εκτιμάται ότι θα απαιτούσε 24 χρόνια.
Ο αλγόριθμος QPE και η καταστροφή της ορθογωνικότητας
Στη συνέχεια, η μελέτη ανέλυσε τον αλγόριθμο Quantum Phase Estimation (QPE), ο οποίος προορίζεται για μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές με ανοχή στα σφάλματα. Αν και θεωρητικά είναι πιο ακριβής, ο QPE προσκρούει στο πρόβλημα της «καταστροφής της ορθογωνικότητας».
Καθώς το μέγεθος ενός μορίου αυξάνεται, η πιθανότητα του αλγορίθμου να υπολογίσει το χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας μειώνεται εκθετικά, καθιστώντας τον μη πρακτικό για μεγάλα μόρια.
Το πλεονέκτημα των κλασικών αλγορίθμων
Επί του παρόντος, οι κλασικοί αλγόριθμοι παραμένουν ανώτεροι από τον VQE, ακόμη και αν υποθέσουμε την ύπαρξη τέλειου κβαντικού υλικού. Οι συγγραφείς της μελέτης υποδηλώνουν ότι η εκτίμηση της θεμελιώδους κατάστασης στη χημεία ίσως να μην είναι ο πλέον κατάλληλος στόχος για τους κβαντικούς υπολογιστές, δεδομένης της υψηλής ποιότητας των υπαρχουσών κλασικών μεθόδων.
Παρόλα αυτά, μελλοντικοί υβριδικοί αλγόριθμοι και νέες μέθοδοι διόρθωσης σφαλμάτων ενδέχεται να προσφέρουν σταδιακές βελτιώσεις στην πορεία προς την επίτευξη κβαντικού πλεονεκτήματος.
