Une nouvelle analyse indique que deux algorithmes clés du calcul quantique pour les problèmes de chimie ont un usage pratique limité, même avec l'évolution du matériel. Les chercheurs suggèrent que le calcul des niveaux d'énergie moléculaires pourrait ne pas justifier l'investissement dans la technologie comme l'on l'espérait. Cela remet en cause la vision de la chimie quantique comme une application majeure des ordinateurs quantiques.
Les ordinateurs quantiques ont connu des progrès rapides ces dernières années, soulevant des questions sur leurs applications les plus précieuses. Parmi les principaux candidats figure la chimie quantique, où ces appareils pourraient calculer les niveaux d'énergie des molécules pour aider la biomédecine et l'industrie, comme dans le développement de médicaments ou l'agriculture. Ces calculs impliquent le suivi simultané de multiples électrons, ce qui correspond aux forces des ordinateurs quantiques. nnToutefois, une étude menée par Xavier Waintal au CEA Grenoble en France et son équipe soutient que cette promesse est peut-être exagérée. Ils ont examiné deux algorithmes éminents : le solveur variationnel d'autovalues quantique (VQE) pour le matériel quantique actuel sujet aux erreurs, et l'estimation de phase quantique (QPE) pour les systèmes futurs tolérants aux fautes. nnPour le VQE sur des ordinateurs quantiques bruités, l'équipe a constaté qu'atteindre une précision comparable aux méthodes classiques nécessite de réduire les erreurs à des niveaux proches de la tolérance aux fautes. Aucun ordinateur quantique tolérant aux fautes pratique n'existe encore, bien que plusieurs entreprises visent un développement dans les cinq ans. nnMême avec un matériel tolérant aux fautes, le QPE est confronté à la « catastrophe d'orthogonalité », où la réussite dans la détermination du niveau d'énergie le plus bas d'une molécule diminue exponentiellement avec la taille de la molécule. Thibaud Louvet chez Quobly note que cela limite le QPE à un ensemble restreint de cas, le considérant plus comme un indicateur de maturité que comme un outil courant pour les chimistes. nnXavier Waintal a exprimé son scepticisme, déclarant : « Ma pensée personnelle est que c’est probablement condamné, pas prouvé condamné, mais probablement condamné », en ce qui concerne les ordinateurs quantiques pour les calculs d'énergie moléculaire. nnGeorge Booth au King’s College London, qui n’a pas participé à la recherche, partage cet avis sur les défis : « Cette étude met clairement en lumière des défis importants pour la simulation moléculaire précise, qui persisteront même dans l’ère “tolérante aux fautes”, et jette le doute sur le fait que la chimie quantique soit vraiment une victoire rapide pour les ordinateurs quantiques. » Il ajoute que les dispositifs quantiques pourraient encore assister d'autres tâches en chimie, comme la simulation de réponses à des perturbations telles que la lumière laser. nnLes résultats sont publiés dans Physical Review B (DOI : 10.1103/hpt6-9tnk).