Δύο από τους πιο δημοφιλείς αλγόριθμους κβαντικών υπολογιστών για προβλήματα χημείας ενδέχεται να έχουν πολύ περιορισμένη πρακτική αξία, ακόμα και όταν το υλικό βελτιωθεί σημαντικά. Νέα ανάλυση ερευνητών από τη Γαλλία αμφισβητεί την ιδέα ότι η κβαντική χημεία είναι η «killer app» που θα δικαιολογήσει τις τεράστιες επενδύσεις στην τεχνολογία αυτή.
Εδώ και χρόνια, η κβαντική χημεία παρουσιαζόταν ως η πιο πειστική υπόσχεση των κβαντικών υπολογιστών. Η ιδέα ήταν απλή και ελκυστική: αν θέλεις να υπολογίσεις τη συμπεριφορά ηλεκτρονίων σε ένα μόριο — κάτι κρίσιμο για την ανάπτυξη φαρμάκων ή νέων υλικών — χρειάζεσαι έναν υπολογιστή που λειτουργεί με τους ίδιους κβαντικούς κανόνες. Τι καλύτερο, λοιπόν, από έναν κβαντικό υπολογιστή; Η λογική φαινόταν αδιάσειστη. Μέχρι τώρα.
Ερευνητές με επικεφαλής τον Xavier Waintal από το CEA Grenoble της Γαλλίας ανέλυσαν μαθηματικά τους δύο κύριους αλγόριθμους που χρησιμοποιούνται για τέτοιους υπολογισμούς και τα συμπεράσματά τους είναι αποψυκτικά. «Προσωπικά πιστεύω ότι αυτή η κατεύθυνση είναι μάλλον καταδικασμένη», λέει ο Waintal, προσθέτοντας ότι δεν είναι βέβαιο, αλλά είναι πιθανό.
Ο πρώτος αλγόριθμος που εξετάστηκε είναι ο VQE (Variational Quantum Eigensolver), σχεδιασμένος για τους σημερινούς κβαντικούς υπολογιστές που είναι επιρρεπείς σε σφάλματα. Το πρόβλημα: για να δώσει αποτελέσματα συγκρίσιμα με αυτά των κλασικών υπολογιστών, ο VQE απαιτεί τόσο χαμηλό επίπεδο σφαλμάτων, που ουσιαστικά προϋποθέτει έναν υπολογιστή που δεν υπάρχει ακόμα — έναν «fault-tolerant», δηλαδή πλήρως ανθεκτικό σε σφάλματα.
Ο δεύτερος αλγόριθμος, ο QPE (Quantum Phase Estimation), προορίζεται ακριβώς για αυτούς τους μελλοντικούς, πιο ώριμους κβαντικούς υπολογιστές. Εδώ το πρόβλημα των σφαλμάτων μικραίνει, αλλά εμφανίζεται ένα άλλο, γνωστό ως «orthogonality catastrophe» — μια ζοφερή ονομασία για ένα εξίσου ζοφερό φαινόμενο. Όσο μεγαλύτερο είναι το μόριο που θέλεις να μελετήσεις, τόσο εκθετικά μειώνεται η πιθανότητα ο QPE να υπολογίσει σωστά την ενέργειά του. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ο αλγόριθμος θα είναι χρήσιμος μόνο σε πολύ συγκεκριμένες, περιορισμένες περιπτώσεις.
Ο George Booth από το King’s College του Λονδίνου, που δεν συμμετείχε στην έρευνα, επισημαίνει ότι είναι εύκολο να υπερεκτιμήσει κανείς τις δυνατότητες των κβαντικών υπολογιστών στη χημεία. Πολλοί φαντάζονταν ότι μόλις φτάσουν οι κβαντικοί υπολογιστές, οι κλασικές μέθοδοι θα καταστούν αυτόματα παρωχημένες. Η νέα μελέτη δείχνει ότι αυτό δεν θα συμβεί τόσο εύκολα — ούτε καν στην εποχή των fault-tolerant συστημάτων.
Αυτό δεν σημαίνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν έχουν θέση στη χημεία. Μπορούν, για παράδειγμα, να προσομοιώσουν πώς αντιδρά ένα χημικό σύστημα όταν διαταραχθεί — όπως όταν χτυπηθεί από δέσμη laser. Αλλά η εικόνα του κβαντικού υπολογιστή ως του απόλυτου εργαλείου που θα επαναστατήσει τη φαρμακευτική και τη χημεία βιομηχανίας φαίνεται να χρειάζεται σοβαρή αναθεώρηση. Η τεχνολογία εξελίσσεται με εντυπωσιακό ρυθμό — το ερώτημα είναι αν η εξέλιξη αυτή θα οδηγήσει εκεί που όλοι περίμεναν.
