Nyt kvantecomputerdesign til at forudsige molekyleegenskaber

Standardmetoden til at bygge en kvantecomputer med majoranas som byggesten er at konvertere dem til qubits. Imidlertid, en lovende anvendelse af kvanteberegning - kvantekemi - ville kræve, at disse qubits blev omdannet igen til såkaldte fermioner. Fysikere fra Leiden og Delft foreslår at gøre majoranas direkte til fermioner, at gøre beregningerne mere effektive. Deres forskning blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Alt i universet er enten stof eller energi. Energi består kun af én type partikel:bosoner. Materiale består af den anden grundlæggende partikel type, fermioner. Et af de store spørgsmål i videnskaben er, hvordan man kan forudsige materiens egenskaber på molekylært niveau. Fordi molekyler styres af kvantemekanik, dette felt kaldes kvantekemi. Effektiv simulering af kvantekemi er en opgave, der er uden for rækkevidde af klassiske computere, med kvantecomputere som et lovende alternativ. Imidlertid, standardækvivalenten for bits i kvanteberegning er qubits, som er bosoner. At prøve at simulere fermioner (stof) ved hjælp af bosoner (qubits) er ineffektivt, på grund af forskellene mellem disse partikeltyper.

Et eksotisk forslag til opbygning af qubits er afhængig af at bruge såkaldte Majorana-nultilstande. Disse er nyttige til kvanteberegning på grund af deres iboende robusthed mod støj. Kvantberegning med majoranas var tidligere baseret på at kombinere fire eller seks majoranas til en enkelt qubit. Men du behøver ikke nødvendigvis at lave majoranas til qubits, som oprindeligt er de hverken fermioner eller bosoner.

Leidens fysiker Tom O'Brien og Piotr Rożek og Anton Akhmerov fra Delft har nu udtænkt en metode til at løse kvantekemiproblemer ved at konvertere majoranas direkte til fermioner. Denne tilgang er en win-win-situation. På den ene side, deres nye ordning kræver, at man bruger færre majoranas til at simulere det samme molekyle, da du kun behøver to majoranas for at lave en fermion i stedet for fire eller seks for en qubit. På den anden side, forslaget undgår komplikationen ved at bruge bosoner (qubits) til at simulere fermioner (stof), og bruger derfor en enklere og mere direkte algoritme.