Calcular as propriedades químicas das moléculas pode ser tarefa dos computadores quânticos
ETH Zurique
Cálculos químicos quânticos que poderiam promover o desenvolvimento de medicamentos e a agricultura emergiram recentemente como uma promissora “aplicação assassina” para computadores quânticos, mas novas análises sugerem que este não é o caso.
Embora o progresso na construção de computadores quânticos tenha acelerado significativamente nos últimos anos, permanece uma questão em aberto quais aplicações têm maior probabilidade de justificar o investimento contínuo nesta tecnologia. Um candidato popular é resolver problemas de química quântica, como calcular os níveis de energia de moléculas que são relevantes para a biomedicina e a indústria. Isto requer considerar o comportamento de muitas partículas quânticas (elétrons em uma molécula) simultaneamente, por isso parece adequado para computadores feitos de muitas partes quânticas.
mas, Xavier Weintal e seus colegas do CEA Grenoble, na França, mostraram que os dois principais algoritmos de computação quântica para esta tarefa podem, na melhor das hipóteses, ter uso limitado.
“Meu pensamento pessoal é que provavelmente está condenado, não está provado que esteja condenado, mas provavelmente está condenado”, diz ele sobre o uso de computadores quânticos para cálculos de energia molecular.
Os pesquisadores dividiram sua análise matemática em duas partes, uma para computadores quânticos existentes que são propensos a erros e outra para futuros computadores quânticos que são “tolerantes a falhas” ou completamente livres de erros.
Ao usar computadores quânticos barulhentos ou propensos a erros, os níveis de energia das moléculas podem ser calculados com algoritmos variacionais de autosolução quântica (VQE), mas a precisão dos resultados depende do grau de ruído.
De acordo com a análise dos pesquisadores, para o VQE competir em precisão com algoritmos químicos que podem ser executados em computadores clássicos, o ruído do computador quântico precisaria ser suprimido tão severamente que teria que ser efetivamente tolerante a falhas. Em particular, um computador quântico prático e tolerante a falhas ainda não foi criado.
Várias empresas de computação quântica pretendem construir quanta tolerantes a falhas dentro de cinco anos, e seus dispositivos serão capazes de calcular a energia das moléculas com outro algoritmo chamado estimativa de fase quântica (QPE). Embora o problema do erro tenha sido amplamente eliminado aqui, este estudo destaca um problema com o sinistro nome de “catástrofe da ortogonalidade”.
Simplificando, isto significa que à medida que o tamanho da molécula aumenta, a probabilidade de o QPE ser capaz de calcular o nível de energia mais baixo diminui exponencialmente. Como resultado, os membros da equipe Thibault Louve A empresa francesa de computação quântica Quobly afirma que mesmo que você tenha um bom computador quântico, existem apenas alguns casos em que usá-lo para realizar QPE é a escolha mais prática e melhor. Na sua opinião, a capacidade de executar este algoritmo deve ser vista como uma referência para a maturidade dos computadores quânticos, em vez de um potencial pilar para os químicos em atividade.
“É fácil exagerar no potencial dos computadores quânticos neste campo, e muitos acreditam que o advento dos computadores quânticos tornará instantaneamente obsoletas as abordagens clássicas da química quântica”, diz ele. George Booth O professor do King’s College London não esteve envolvido no estudo. “Este estudo revela desafios significativos para simulações moleculares precisas que permanecerão na ‘era da tolerância a falhas’ e levanta questões sobre se a química quântica será realmente um sucesso tão imediato para os computadores quânticos.”
Mas ele diz que ainda existem maneiras pelas quais os computadores quânticos podem ser usados na química. Por exemplo, você pode simular como um sistema químico muda após ser submetido a uma perturbação, como ser atingido por um feixe de laser.
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