Máy tính lượng tử vẫn gặp khó khăn với những phép tính khó nhất trong hóa học

Một nghiên cứu lý thuyết gần đây nhấn mạnh những thách thức đáng kể mà các thuật toán lượng tử hiện tại phải đối mặt trong việc tính toán chính xác năng lượng trạng thái cơ bản của các phân tử, một mục tiêu then chốt trong hóa lượng tử với những tác động đến việc phát triển thuốc, pin và phân bón. Nghiên cứu tập trung vào hai thuật toán lượng tử nổi bật: bộ giải trị riêng biến phân lượng tử (VQE), phù hợp với các thiết bị lượng tử có nhiễu gần-term, và ước lượng pha lượng tử (QPE), dành cho các máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi trong tương lai. Các nhà nghiên cứu nhận thấy VQE rất nhạy cảm với sự mất pha và nhiễu, đòi hỏi tỷ lệ lỗi và hiệu suất vượt xa khả năng phần cứng hiện tại. Đối với các phân tử phức tạp như cặp nguyên tử crôm, việc tính toán bằng VQE có thể mất hàng thập kỷ, và thuật toán này đặc biệt gặp khó khăn với các hệ có tương quan mạnh liên quan đến kim loại chuyển tiếp. QPE, mặc dù về mặt lý thuyết có thể đạt độ chính xác rất cao, lại đối mặt với một trở ngại cơ bản khác: nó yêu cầu trạng thái lượng tử ban đầu phải gần giống với trạng thái cơ bản thực sự. Khi kích thước phân tử tăng lên, sự chồng lấn giữa trạng thái chuẩn bị và trạng thái cơ bản thực giảm theo cấp số nhân—một vấn đề được biết đến với tên gọi thảm họa trực giao—ca