كامپيوترهاي كوانتومي براي انجام شبيه‌سازي مولكول‌هاي پيچيده كه فراتر از توانايي كامپيوترهاي كلاسيكي است، مفيد به نظر مي‌رسند. پژوهش‌گران براي اينكه متوجه شوند كامپيوترهاي كوانتومي چقدر به چنين توانايي نزديك هستند،  شرايط سيستمي يك كامپيوتر كوانتومي كه بتواند در محاسبه ويژگي‌هاي مولكولي فراتر از كامپيوترهاي كلاسيكي عمل كند را بررسي كرده‌اند. يافته‌هاي آن‌ها كه در Physical Review A  منتشر شده است، نشان مي‌دهد يك كامپيوتر كوانتومي با استفاده از تكنيك‌هاي الگوريتمي كنوني نياز به تعداد باورنكردني 10¹⁸ درگاه كوانتومي براي شبيه‌سازي يك تركيب بيوشيمي ساده دارد.

 يك كامپيوتر كوانتومي اطلاعات را در بيت‌هاي كوانتومي (كيوبيت) ذخيره مي‌كند كه به صورت بالقوه  اجازه مي‌دهد  وظايف خاصي را در زمان بسيار كمتر از زماني كه  براي كامپيوترهاي معمولي لازم است، انجام دهد. مثال متعارف آن فاكتورگيري اعداد بزرگ است كه كامپيوتر كوانتومي براي برتري بر روش‌هاي كلاسيكي فاكتورگيري نياز به چندين هزار كيوبيت دارد و اين فراتر از 14 كيوبيتي است كه محققان تاكنون قادر به اتصال آنها هستند.

 nobelprize.org

كامپيوترهاي كوانتومي ممكن است به زودي ارزش خود را در ديگر زمينه‌ها همچون شيمي كوانتومي نشان‌دهند. براي مثال شبيه‌سازي يك مولكول آب نياز به تنها 14 كيوبيت دارد (در مقابل، يك شبيه‌سازي ِ كامپيوتر ِكلاسيكي از آب نياز به 2¹⁴ بيت دارد).  عمليات كوانتومي روي كيوبيت‌ها متكي به درگاه‌هاي منطقي است كه تاكنون به چند صد عدد در هر دستگاه محدود شده است. ديو وكر (Dave Wecker) از تحقيقات مايكروسافت در ردموند در واشينگتون و همكارانش تعداد درگاه‌هاي مورد نياز براي شبيه‌سازي يك مولكول با اندازه مشخص را فهرست كرده‌اند. آن‌ها در مورد آب دريافتند كه براي محاسبه حالت زمينه الكتروني با استفاده از يك الگوريتم استاندارد نياز به چندين ميليارد درگاه است. تعداد درگاه‌ها براي مولكول‌هاي اندكي بزرگ‌تر كه در حال حاضر با روش‌هاي كلاسيكي سازگار نيستند، به صورت ميلياردي افزايش مي‌يابد. نظر به غير عملي بودن اين شرايط، پژوهش‌گران نتيجه مي‌گيرند كه مهندسين نرم‌افزار كوانتومي مي‌بايست به تلاش‌شان براي ابداع الگوريتم‌هاي جديد كه تعداد درگاه‌ها را كاهش مي‌دهد، ادامه دهند.

منبع:

Scaling Up Quantum Computers for Chemistry

مرجع:

Gate-count estimates for performing quantum chemistry on small quantum computers

نويسنده:

مايكل اسكيربر (Michael Schirber)