Il recente entusiasmo attorno ai computer quantistici ha spesso evidenziato il loro potenziale di rivoluzionare la chimica quantistica, accelerando la scoperta di farmaci, la scienza dei materiali e altro ancora. Tuttavia, una nuova analisi suggerisce che questo percorso potrebbe essere molto più impegnativo di quanto si pensasse in precedenza. Sebbene l’informatica quantistica abbia fatto passi da gigante, rimane la questione di quali applicazioni giustificheranno veramente il massiccio investimento.
La promessa e la realtà
L’idea centrale era logica: i computer quantistici eccellono nel gestire molte particelle quantistiche contemporaneamente (come gli elettroni nelle molecole), rendendoli ideali per calcoli complessi sull’energia molecolare. Questo è un problema con cui i computer classici lottano, poiché la richiesta computazionale cresce esponenzialmente con la dimensione della molecola. Tuttavia, una nuova ricerca indica che due importanti algoritmi quantistici potrebbero avere un uso pratico limitato.
Tolleranza al rumore e ai guasti: un problema 22
I ricercatori guidati da Xavier Waintal presso il CEA Grenoble hanno esaminato sia i computer quantistici rumorosi su scala intermedia (NISQ) che le ipotetiche macchine tolleranti ai guasti. Per i dispositivi NISQ, l’algoritmo Variational Quantum Eigensolver (VQE) può calcolare i livelli di energia molecolare, ma solo se il “rumore” quantistico (errori) viene soppresso a un livello impraticabile. In sostanza, per rendere VQE competitivo con gli algoritmi della chimica classica, sarebbe necessario un computer quantistico quasi privo di errori, che ancora non esiste.
L’alternativa, la Quantum Phase Estimation (QPE), è promettente per le macchine tolleranti ai guasti, ma soffre di quella che i ricercatori chiamano la “catastrofe dell’ortogonalità”. Ciò significa che man mano che le molecole diventano più grandi, la probabilità di calcolare con precisione i loro livelli energetici più bassi crolla in modo esponenziale. Anche con i computer quantistici ideali, il QPE sarà efficace solo per una gamma limitata di casi.
Implicazioni e alternative
Secondo Thibaud Louvet di Quobly, la fattibilità del QPE dovrebbe essere vista come un punto di riferimento della maturità quantistica, non come uno strumento chimico tradizionale. George Booth del King’s College di Londra, che non è stato coinvolto nello studio, è d’accordo: “È facile sopravvalutare le prospettive dei computer quantistici… Questo studio mette in dubbio se la chimica quantistica sia davvero una vittoria così rapida.”
Nonostante questa battuta d’arresto, i computer quantistici hanno ancora del potenziale in chimica. Un’area promettente è la simulazione del modo in cui i sistemi chimici rispondono ai disturbi (come la luce laser), che potrebbe rivelarsi più accessibile dei calcoli energetici puri.
Lo studio evidenzia che il percorso verso la supremazia quantistica in chimica è significativamente più complesso di quanto inizialmente previsto, costringendo a una rivalutazione delle priorità di investimento nel settore.
