De grote, foutcorrigerende kwantumcomputers die vandaag worden voorgesteld, kunnen tientallen jaren verwijderd zijn, toch proberen experts krachtig manieren te bedenken om bestaande en op korte termijn kwantumprocessors te gebruiken om nuttige problemen op te lossen, ondanks beperkingen als gevolg van fouten of "ruis".

Een belangrijk beoogd gebruik is het simuleren van moleculaire eigenschappen. Op lange termijn, dit kan leiden tot vooruitgang in de verbetering van materialen en het ontdekken van geneesmiddelen. Maar niet met luidruchtige berekeningen die de resultaten verwarren.

Nutsvoorzieningen, een team van chemie- en fysica-onderzoekers van Virginia Tech heeft geavanceerde kwantumsimulatie ontwikkeld door een algoritme te bedenken dat de eigenschappen van moleculen op een lawaaierige kwantumcomputer efficiënter kan berekenen. Virginia Tech College of Science faculteitsleden Ed Barnes, Sophia Economou, en Nick Mayhall publiceerden onlangs een paper in Natuurcommunicatie detaillering van de vooruitgang.

Van kwantumcomputers wordt verwacht dat ze bepaalde soorten berekeningen veel efficiënter kunnen uitvoeren dan de 'klassieke' computers die tegenwoordig in gebruik zijn. Ze zijn vergelijkbaar met klassieke computers, echter, in die zin dat ze algoritmen uitvoeren door reeksen van logische poorten toe te passen - in dit geval "kwantumpoorten, " die samen kwantumcircuits vormen - tot stukjes informatie. Voor de lawaaierige kwantumcomputers van vandaag, het probleem was dat er zoveel ruis zou ophopen in een circuit dat de berekening zou verslechteren en eventuele latere berekeningen onnauwkeurig zou maken. Wetenschappers hebben moeite gehad om circuits te ontwerpen die zowel korter als nauwkeuriger zijn.

Het Virginia Tech-team heeft dit probleem aangepakt door een methode te ontwikkelen die het circuit op een iteratieve manier laat groeien. "We beginnen met een minimaal circuit, laat het dan groeien terwijl we logische poort na logische poort toevoegen in kortsluiting totdat de computer de oplossing vindt, " zei Mayhall, een assistent-professor bij de afdeling Scheikunde.

Een tweede groot voordeel van het algoritme is dat Barnes, economie, en Mayhall ontwierp het om zichzelf aan te passen op basis van het moleculaire systeem dat wordt gesimuleerd. Verschillende moleculen zullen hun eigen circuits dicteren, speciaal op hen afgestemd.

De interdisciplinaire samenwerking tussen de afdelingen Scheikunde en Natuurkunde van Virginia Tech - Barnes, economie, en Mayhall en een team van afgestudeerde studenten en postdocs van beide afdelingen - hebben subsidies ontvangen van de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Energie van in totaal meer dan $ 2,8 miljoen.

Virginia Tech en IBM zijn onlangs een samenwerking aangegaan die de onderzoekers toegang geeft tot IBM's quantum computing-hardware. "Ons team bij Virginia Tech is erg enthousiast over de volgende stappen in ons werk, " zei Economou, een universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde, "waaronder het implementeren van ons algoritme op de processors van IBM."