Forskare vid Google Quantum AI har demonstrerat hur deras Willow-kvantdator kan förstärka kärnmagnetisk resonansspektroskopi för att avslöja molekylstrukturer. Tekniken, kallad Quantum Echoes, använder qubit-perturbationer för att efterlikna molekylanalys. Även om den är lovande har den ännu inte visat en tydlig fördel över klassiska metoder.
Googles Quantum AI:s Willow-kvantdator, med 103 qubits, har använts för att tolka data från kärnmagnetisk resonans (NMR)-spektroskopi, ett viktigt verktyg inom kemi och biologi för att bestämma molekylstrukturer. Teamet, ledd av Hartmut Neven, utvecklade ett protokoll vid namn Quantum Echoes, som bygger på en kvantanalog till fjärilseffekten. I processen applicerar forskarna en sekvens av operationer på qubits, perturberar en specifik qubit som en 'kvantfjäril', vänder sekvensen och mäter sedan systemets kvantiska egenskaper för att extrahera information om helheten.
Detta tillvägagångssätt efterliknar NMR:s användning av elektromagnetiska perturbationer på molekyler för att kartlägga atompositioner, och skapar potentiellt en 'längre molekylär linjal' för att observera avlägsna atomer. Som teammedlemmen Tom O’Brien förklarade: “Vi bygger en längre molekylär linjal.” Den kvantiska metoden visade sig reproducerbar över två kvantdatorer, med hjälp av Willow:s förbättrade hårdvara med lägre felgrader. För två organiska molekyler användes dock endast upp till 15 qubits, och resultaten kunde reproduceras av klassiska datorer. Teamet uppskattar att en superdator skulle ta 13 000 gånger längre tid för liknande beräkningar, även om demonstrationen förblir preliminär och ej publicerad i peer-reviewed form.
Experter gav blandade synpunkter. Keith Fratus vid HQS Quantum Simulations kallade det en viktig länk mellan NMR och kvantdatorer men begränsad till specialiserade biologiska studier. Dries Sels vid New York University noterade att det avancerar kvant simulering av komplexa NMR-protokoll och ger motivation trots få industriella exempel. Curt von Keyserlingk vid King’s College London berömde det experimentella bragden men ifrågasatte dess breda nytta, och föreslog att klassiska metoder kan konkurrera och att dess attraktion främst ligger i grundläggande kvantfysikforskning. Med förbättrad qubit-prestanda förväntar sig O’Brien bredare tillämpningar för större molekyler. Arbetet publiceras i Nature (DOI: 10.1038/s41586-025-09526-6).