在嘈杂的量子计算机上计算分子的性质

今天设想的大型纠错量子计算机可能还有数十年的路程，但是专家们正在努力想出使用现有的和近期的量子处理器来解决有用问题的方法，尽管存在由于错误或“噪声”造成的限制。

设想的关键用途是模拟分子性质。从长远来看，这可以导致材料改进和药物发现方面的进步。但是，嘈杂的计算不会使结果混淆。

现在，弗吉尼亚理工大学的化学和物理学研究人员团队设计出了一种算法，可以更有效地计算嘈杂的量子计算机上分子的性质，从而提高了量子模拟的效率。弗吉尼亚理工大学理学院的教员埃德·巴恩斯，索菲亚·埃科诺穆和尼克·梅霍尔最近在《自然通讯》上发表了一篇论文，详细介绍了这一进展。

预计量子计算机将能够比当今使用的“经典”计算机更有效地执行某些类型的计算。它们与经典计算机类似，但是，它们通过将逻辑门序列(在本例中为“量子门”，一起形成量子电路)应用于信息位来运行算法。对于当今嘈杂的量子计算机而言，问题在于，电路中会积聚大量噪声，从而使计算质量下降并导致随后的任何计算都不准确。科学家在设计更短，更精确的电路时遇到了困难。

弗吉尼亚理工学院的团队通过开发一种以迭代方式扩展电路的方法来解决此问题。化学系助理教授Mayhall说：“我们从最小的电路开始，然后随着逻辑门的短路而增加逻辑门，直到计算机找到解决方案为止，然后对其进行扩展。”

该算法的第二个主要优点是Barnes，Economou和Mayhall将其设计为根据要模拟的分子系统进行自我调整。不同的分子将决定他们自己的电路，并为它们量身定制。

弗吉尼亚理工大学化学与物理系(Barnes，Economou和Mayhall)与这两个系的研究生和博士后团队之间的跨学科合作已获得美国国家科学基金会和美国能源部的拨款，总额超过2.8美元百万。

弗吉尼亚理工大学和IBM最近建立了合作关系，使研究人员可以使用IBM的量子计算硬件。物理系副教授Economou说：“我们弗吉尼亚理工学院的团队为我们的下一步工作感到非常兴奋，其中包括在IBM处理器上实现我们的算法。”