Nedávný humbuk kolem kvantových počítačů často zdůrazňoval jejich potenciál způsobit revoluci v kvantové chemii – urychlení objevování léků, vědy o materiálech a dalších. Nová analýza však naznačuje, že cesta může být mnohem složitější, než se dříve myslelo. Zatímco kvantové výpočty zaznamenaly rychlý pokrok, otázka které aplikace skutečně ospravedlní masivní investice, zůstává otevřenou otázkou.
Slib a realita
Základní myšlenka byla logická: kvantové počítače jsou vynikající ve zpracování mnoha kvantových částic (jako jsou elektrony v molekulách) současně, což je činí ideálními pro komplexní výpočty molekulární energie. To je úkol, který klasické počítače těžko zvládají, protože výpočetní náročnost roste exponenciálně s velikostí molekuly. Nový výzkum však naznačuje, že dva přední kvantové algoritmy mohou mít omezené praktické využití.
Odolnost proti hluku a chybám: začarovaný kruh
Výzkumníci vedení Xavierem Weinthalem z CEA Grenoble studovali jak hlučné kvantové počítače střední velikosti (NISQ), tak hypotetické stroje odolné proti chybám. U zařízení NISQ může algoritmus Variational Quantum Eigensolver (VQE) vypočítat energetické hladiny molekul, ale pouze v případě, že je kvantový „šum“ (chyby) potlačen na nepraktickou úroveň. Aby bylo VQE konkurenceschopné s klasickými chemickými algoritmy, v podstatě byste potřebovali téměř bezchybný kvantový počítač – který zatím neexistuje.
Alternativa, Quantum Phase Estimation (QPE), je příslibem pro stroje odolné vůči poruchám, ale trpí tím, co výzkumníci nazývají „katastrofa ortogonality“. To znamená, že jak se molekuly zvětšují, pravděpodobnost přesného výpočtu jejich nejnižších energetických hladin exponenciálně klesá. I s ideálními kvantovými počítači bude QPE efektivní pouze v omezeném rozsahu případů.
Důsledky a alternativy
Podle Thibaulta Louveta z Quobly by měla být proveditelnost QPE chápána spíše jako indikátor vyspělosti kvantových technologií než jako základní nástroj pro chemii. George Booth z King’s College London, který se studie nezúčastnil, souhlasí: “Je snadné přeceňovat příslib kvantových počítačů… Tato studie zpochybňuje, zda je kvantová chemie skutečně rychlým vítězstvím.”
Navzdory tomuto neúspěchu mají kvantové počítače stále potenciál v chemii. Jednou slibnou oblastí je modelování toho, jak chemické systémy reagují na poruchy (jako je laserové světlo), což může být dostupnější než výpočty čisté energie.
Studie zdůrazňuje, že cesta ke kvantové nadvládě v chemii je mnohem složitější, než se původně očekávalo, což si vynucuje přehodnocení investičních priorit v této oblasti.
