Forskere fører gennembrud inden for kvanteberegning

Den store, fejlkorrigerende kvantecomputere, der forestilles i dag, kan være årtier væk, alligevel forsøger eksperter kraftigt at finde på måder at bruge eksisterende og kortsigtede kvanteprocessorer til at løse nyttige problemer på trods af begrænsninger på grund af fejl eller "støj".

En vigtig påtænkt anvendelse er simulering af molekylære egenskaber. I det lange løb, dette kan føre til fremskridt inden for materialeforbedring og opdagelse af lægemidler. Men ikke med støjende beregninger, der forvirrer resultaterne.

Nu, et team af Virginia Tech kemi- og fysikforskere har avanceret kvantesimulering ved at udtænke en algoritme, der mere effektivt kan beregne molekylers egenskaber på en støjende kvantecomputer. Virginia Tech College of Science fakultetsmedlemmer Ed Barnes, Sophia Economou, og Nick Mayhall udgav for nylig et papir i Naturkommunikation beskriver fremskridtet.

Kvantecomputere forventes at være i stand til at udføre bestemte former for beregninger langt mere effektivt end de "klassiske" computere, der bruges i dag. De ligner klassiske computere, imidlertid, ved at de kører algoritmer ved at anvende sekvenser af logiske porte - i dette tilfælde, "kvanteporte, "som tilsammen danner kvantekredsløb - til informationer. For nutidens larmende kvantecomputere, problemet har været, at der ville ophobes så meget støj i et kredsløb, at beregningen ville nedbrydes og gøre eventuelle efterfølgende beregninger unøjagtige. Forskere har haft svært ved at designe kredsløb, der er både kortere og mere præcise.

Virginia Tech -teamet behandlede dette problem ved at udvikle en metode, der vokser kredsløbet på en iterativ måde. "Vi starter med et minimalt kredsløb, vokser det derefter, når vi tilføjer logisk gate efter logisk gate i kortslutninger, indtil computeren finder løsningen, "sagde Mayhall, en adjunkt ved Institut for Kemi.

En anden stor fordel ved algoritmen er, at Barnes, Economou, og Mayhall designet det til at tilpasse sig baseret på det molekylære system, der simuleres. Forskellige molekyler vil diktere deres egne kredsløb, unikt skræddersyet til dem.

Det tværfaglige samarbejde mellem Virginia Techs afdelinger for kemi og fysik - Barnes, Economou, og Mayhall og et team af kandidatstuderende og postdocs fra begge afdelinger - har modtaget tilskud fra National Science Foundation og det amerikanske energiministerium på i alt mere end 2,8 millioner dollars.

Virginia Tech og IBM etablerede for nylig et partnerskab, der giver forskerne adgang til IBM's quantum computing hardware. "Vores team hos Virginia Tech er virkelig spændte på de næste trin i vores arbejde, "sagde Economou, lektor ved Institut for Fysik, "som inkluderer implementering af vores algoritme på IBM's processorer."