O grande, computadores quânticos com correção de erros previstos hoje podem estar a décadas de distância, ainda assim, os especialistas estão tentando vigorosamente encontrar maneiras de usar os processadores quânticos existentes e de curto prazo para resolver problemas úteis, apesar das limitações devido a erros ou "ruído".

Um uso idealizado é a simulação de propriedades moleculares. A longo prazo, isso pode levar a avanços na melhoria de materiais e na descoberta de medicamentos. Mas não com cálculos barulhentos confundindo os resultados.

Agora, uma equipe de pesquisadores de química e física da Virginia Tech avançou na simulação quântica ao desenvolver um algoritmo que pode calcular com mais eficiência as propriedades das moléculas em um computador quântico barulhento. Ed Barnes, membros do corpo docente da Virginia Tech College of Science, Sophia Economou, e Nick Mayhall publicou recentemente um artigo em Nature Communications detalhando o avanço.

Espera-se que os computadores quânticos sejam capazes de realizar certos tipos de cálculos com muito mais eficiência do que os computadores "clássicos" em uso hoje. Eles são semelhantes aos computadores clássicos, Contudo, no sentido de que eles executam algoritmos aplicando sequências de portas lógicas - neste caso, "portas quânticas, "que juntos formam circuitos quânticos - em bits de informação. Para os barulhentos computadores quânticos de hoje, o problema era que tanto ruído se acumulava dentro de um circuito que o cálculo degradava e tornava quaisquer cálculos subsequentes imprecisos. Os cientistas tiveram dificuldade em projetar circuitos que sejam mais curtos e mais precisos.

A equipe da Virginia Tech resolveu esse problema desenvolvendo um método que faz o circuito crescer de maneira iterativa. "Começamos com um circuito mínimo, em seguida, aumente-o à medida que adicionamos porta lógica após porta lógica em curtos-circuitos até que o computador encontre a solução, "disse Mayhall, professor assistente do Departamento de Química.

Um segundo grande benefício do algoritmo é que Barnes, Economou, e Mayhall o projetou para se adaptar com base no sistema molecular que está sendo simulado. Diferentes moléculas irão ditar seus próprios circuitos, adaptado exclusivamente para eles.

A colaboração interdisciplinar entre os departamentos de Química e Física da Virginia Tech - Barnes, Economou, e Mayhall e uma equipe de alunos de graduação e pós-doutorandos de ambos os departamentos - receberam doações da National Science Foundation e do Departamento de Energia dos EUA, totalizando mais de US $ 2,8 milhões.

A Virginia Tech e a IBM estabeleceram recentemente uma parceria que dá aos pesquisadores acesso ao hardware de computação quântica da IBM. "Nossa equipe na Virginia Tech está realmente animada com as próximas etapas de nosso trabalho, "disse Economou, um professor associado do Departamento de Física, "que incluem a implementação de nosso algoritmo nos processadores da IBM."