最近，一个有多家机构参与的研究团队公布了一项新研究，他们提出了一种利用量子计算解决化学模拟问题的新途径，这可能为计算化学提供更高效的方法。该研究成果已发表在预印本服务器ArXiv上，文章称这种创新方法可以显著改进对化学系统的模拟方式，并有效应对长期以来随着系统规模增加而加剧的计算成本问题。

研究团队指出：“借助容错量子计算机，实验化学家直接关心的量的动态模拟可能就会触手可及，大多数相关的量子化学问题实际上可以通过动态演化来求解，因此需要为这些问题设计高效的量子算法。”

该研究的核心是探索一种能规避确定化学系统基态需消耗大量计算资源的方法。由于“维度灾难”的存在，这一任务历来是一项重大挑战，并且一直是超级计算机应用的重要组成部分。简单来说，维度灾难是指算法的复杂性和所需的计算资源如何随着数据维度的增长而呈指数级增长。

然而，他们的这种新方法着重于运用容错量子计算机的能力来进行化学反应的动态模拟。正如研究中所述，量子模拟涉及根据哈密顿量下的薛定谔方程来进行时间演化。此类模拟属于量子计算机的能力范畴，归类于计算复杂性理论BQP(有界错误量子多项式时间)类别，它意味着这些模拟能够在量子计算机上以多项式时间复杂度及有限错误概率来完成。

该团队报告称，他们的框架基于一组可配置的原子初始态，通过动态散射过程将这些状态构建至反应所需的输入状态。这一过程经由人工势增强后，生成了用于后续动力学模拟的分子输入状态。他们强调，这种方法与先前尝试的区别在于，它成功绕过了与基态准备相关的QMA难度和正交性灾难问题——即检索基态的成功率降低。

这种新方法有望推动各种化学相关问题的有效模拟。通过聚焦于动力学模拟，该团队研究人员为传统上被视为瓶颈的计算密集型基态搜索提供了替代方案。虽然该研究建立了坚实的理论基础，但团队也承认需要进一步研究来评估其方法的实际效果。他们未来的研究方向可能包括集成经典模拟工具以及开发基于量子启发的基态求解法。

除非未来的研究会出现新的难题，否则这一进展有可能产生深远的影响。通过在量子计算机上更有效地模拟化学系统，这项研究有助于加速包括药物开发、材料科学等多个领域的进步。此外，该研究突显了量子计算在科学研究中正不断发挥作用，并为推进计算化学领域提供了新的路径。(编译:Qtech)