En ny analys visar att två nyckelalgoritmer inom kvantberäkning för kemiproblem har begränsat praktiskt värde, även med avancerande hårdvara. Forskare menar att beräkning av molekylära energinivåer kanske inte rättfärdigar investeringarna i tekniken som hoppats. Detta utmanar synen på kvantkemi som en huvudapplikation för kvantdatorer.
Kvantdatorer har gjort snabba framsteg de senaste åren, vilket väckt frågor om deras mest värdefulla tillämpningar. Bland de främsta kandidaterna har kvantkemi varit en, där maskinerna skulle kunna beräkna energinivåer hos molekyler för att stödja biomedicin och industri, exempelvis inom läkemedelsutveckling eller jordbruk. Dessa beräkningar innebär spårning av flera elektroner samtidigt, vilket passar kvantdatorernas styrkor väl överens med kvantdatorernas styrkor. Ett sådant löfte kan dock vara överdrivet, enligt en studie av Xavier Waintal vid CEA Grenoble i Frankrike och hans team. De undersökte två framstående algoritmer: den variationella kvanteigensolvern (VQE) för dagens felbenägna kvantmaskiner och kvantfasestimering (QPE) för framtida feltaoleranta system. För VQE på brusiga kvantdatorer fann teamet att noggrannhet i nivå med klassiska metoder kräver att felen undertrycks till nära feltaoleranta nivåer. Ingen sådan praktisk feltaolerant kvantdator finns ännu, även om flera företag siktar på utveckling inom fem år. Även med feltaolerant hårdvara drabbas QPE av ”ortogonalitetskatastofen”, där sannolikheten att hitta en molekyls lägsta energinivå sjunker exponentiellt med molekylens storlek. Thibaud Louvet vid Quobly konstaterar att detta begränsar QPE till ett smalt spektrum av fall och betraktar den mer som ett mognadsprov än ett rutinverktyg för kemister. Xavier Waintal uttryckte skepsis: ”Min personliga tanke är att det troligen är dömt att misslyckas, inte bevisat dömnt att misslyckas, men troligen dömnt att misslyckas”, angående kvantdatorer för molekylära energiberäkningar. George Booth vid King’s College London, som inte var involverad i studien, instämmer i utmaningarna: ”Denna studie pekar tydligt på betydande utmaningar för exakt molekylär simulering, vilka kvarstår även i ’fel-tolerant-eran’, och väcker tvivel på om kvantkemi verkligen är en sådan snabb vinst för kvantdatorer.” Han tillägger att kvantapparater ändå kan assistera i andra kemiska uppgifter, som simulering av responser på störningar såsom laserljus. Resultaten publiceras i Physical Review B (DOI: 10.1103/hpt6-9tnk).