Il grande, I computer quantistici con correzione degli errori immaginati oggi potrebbero essere lontani decenni, eppure gli esperti stanno energicamente cercando di trovare modi per utilizzare i processori quantistici esistenti ea breve termine per risolvere problemi utili nonostante le limitazioni dovute a errori o "rumore".

Un uso chiave previsto è la simulazione delle proprietà molecolari. A lungo termine, questo può portare a progressi nel miglioramento dei materiali e nella scoperta di farmaci. Ma non con calcoli rumorosi che confondono i risultati.

Ora, un team di ricercatori di chimica e fisica della Virginia Tech ha avanzato la simulazione quantistica ideando un algoritmo in grado di calcolare in modo più efficiente le proprietà delle molecole su un rumoroso computer quantistico. I membri della facoltà del Virginia Tech College of Science Ed Barnes, Sophia Economou, e Nick Mayhall hanno recentemente pubblicato un articolo in Comunicazioni sulla natura dettagliare l'avanzamento.

Ci si aspetta che i computer quantistici siano in grado di eseguire determinati tipi di calcoli in modo molto più efficiente rispetto ai computer "classici" in uso oggi. Sono simili ai computer classici, però, in quanto eseguono algoritmi applicando sequenze di porte logiche, in questo caso, "porte quantistiche, " che insieme formano circuiti quantistici, a bit di informazione. Per i rumorosi computer quantistici di oggi, il problema è stato che all'interno di un circuito si accumulava così tanto rumore che il calcolo si degradava e rendeva imprecisi i calcoli successivi. Gli scienziati hanno avuto difficoltà a progettare circuiti più corti e più precisi.

Il team di Virginia Tech ha affrontato questo problema sviluppando un metodo che fa crescere il circuito in modo iterativo. "Iniziamo con un circuito minimo, quindi crescilo mentre aggiungiamo porta logica dopo porta logica in cortocircuiti finché il computer non trova la soluzione, "ha detto Mayhall, professore assistente presso il Dipartimento di Chimica.

Un secondo grande vantaggio dell'algoritmo è che Barnes, Economo, e Mayhall lo ha progettato per adattarsi in base al sistema molecolare che viene simulato. Molecole diverse detteranno i propri circuiti, su misura per loro.

La collaborazione interdisciplinare tra i dipartimenti di chimica e fisica della Virginia Tech—Barnes, Economo, e Mayhall e un team di studenti laureati e postdoc di entrambi i dipartimenti hanno ricevuto sovvenzioni dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per un totale di oltre 2,8 milioni di dollari.

Virginia Tech e IBM hanno recentemente stabilito una partnership che offre ai ricercatori l'accesso all'hardware di calcolo quantistico di IBM. "Il nostro team di Virginia Tech è davvero entusiasta per i prossimi passi nel nostro lavoro, " disse Economou, professore associato presso il Dipartimento di Fisica, "che includono l'implementazione del nostro algoritmo sui processori IBM."