Den stora, felkorrigerande kvantdatorer som föreställs idag kan vara decennier bort, men experter försöker kraftfullt komma fram till sätt att använda befintliga och kortsiktiga kvantprocessorer för att lösa användbara problem trots begränsningar på grund av fel eller "buller".

En viktig tänkt användning är att simulera molekylära egenskaper. I det långa loppet, detta kan leda till framsteg inom materialförbättring och upptäckt av läkemedel. Men inte med bullriga beräkningar som förvirrar resultaten.

Nu, ett team av Virginia Tech kemi- och fysikforskare har avancerat kvantsimulering genom att ta fram en algoritm som mer effektivt kan beräkna molekylernas egenskaper på en bullrig kvantdator. Virginia Tech College of Science fakultetsmedlemmar Ed Barnes, Sophia Economou, och Nick Mayhall publicerade nyligen en tidning i Naturkommunikation detaljerad avancemang.

Kvantdatorer förväntas kunna utföra vissa typer av beräkningar mycket mer effektivt än de "klassiska" datorer som används idag. De liknar klassiska datorer, dock, genom att de kör algoritmer genom att tillämpa sekvenser av logiska grindar – i det här fallet, "kvantportar, "som tillsammans bildar kvantkretsar - till bitar av information. För dagens bullriga kvantdatorer, problemet har varit att så mycket brus skulle ackumuleras i en krets att beräkningen skulle försämras och göra eventuella efterföljande beräkningar felaktiga. Forskare har haft svårt att designa kretsar som är både kortare och mer exakta.

Virginia Tech -teamet tog upp denna fråga genom att utveckla en metod som växer kretsen på ett iterativt sätt. "Vi börjar med en minimal krets, växa den sedan när vi lägger till logikporten efter logikporten i kortslutningar tills datorn hittar lösningen, sa Mayhall, en biträdande professor vid Institutionen för kemi.

En andra stor fördel med algoritmen är att Barnes, Economou, och Mayhall designade den för att anpassa sig utifrån det molekylära systemet som simuleras. Olika molekyler kommer att diktera sina egna kretsar, unikt anpassat till dem.

Det tvärvetenskapliga samarbetet mellan Virginia Techs avdelningar för kemi och fysik - Barnes, Economou, och Mayhall och ett team av forskarstuderande och postdoktorer från båda avdelningarna - har mottagit bidrag från National Science Foundation och U.S. Department of Energy på sammanlagt mer än 2,8 miljoner dollar.

Virginia Tech och IBM etablerade nyligen ett partnerskap som ger forskarna tillgång till IBM:s kvantberäkningshårdvara. "Vårt team på Virginia Tech är verkligen exalterade inför nästa steg i vårt arbete, sa Economou, docent vid Institutionen för fysik, "som inkluderar implementering av vår algoritm på IBMs processorer."