人们对于量子计算的前景，融合了巨大的期待和温和的怀疑。一方面，量子计算机的潜在应用有望彻底改变人类生活的各个方面，从医学到气候建模，以及新材料研发。然而，另一方面，一些迹象表明，我们可能还没有完全准备好充分利用这些先进系统的力量。

美国橡树岭国家实验室（ORNL）最近使用领先的量子计算机Quantinuum H1-1进行了突破性研究。他们的工作涉及单态裂变（singlet fission）的研究——一个分子吸收光子而产生两个激发态的过程。这个过程在太阳能领域具有巨大的前景，可能会打破目前的效率极限

他们的研究涉及使用量子计算能力来模拟线性H4分子中的单体裂变过程，该分子由四个氢原子组成。模拟表明，该分子的能量水平符合单体裂变的要求，这可能有助于建造更高效的太阳能电池板。重要的是这一研究为量子计算机的现有应用情况提供了重要的参考依据。

与经典计算机不同，量子计算机使用量子位或量子位。这些量子比特可以同时以1和0的形式存在，从而成倍增加某些复杂计算的处理能力。然而，他们处理这些复杂计算的能力并不一定意味着他们已经准备好取代我们的传统计算机。

ORNL的首席研究人员之一Daniel Claudino简明扼要地总结了这一限制。他解释说：“我们意识到，如果我们想把这整个东西扔进量子计算机，它就不会起作用，因为这对目前的技术来说还是太多了。”

Claudino和他的团队遇到的具体挑战是管理模拟所需的计算工作量，该工作量最初太大，量子计算机无法处理。为了解决这个问题，团队必须应用几种策略来缩小问题的规模。他们减少了所需的量子比特数量，进行了更少的测量。

这些适应性措施强调了一个重要事实：尽管量子计算机可以比传统系统更准确、更高效地执行某些任务，但如果没有重大调整，它们还无法完全解决大规模的现实世界问题。

这个问题不仅仅是计算工作量。量子计算机系统仍然容易出现高错误率。这迫使研究人员采用规避错误策略，使手头的任务进一步复杂化，并使其更加耗时。Claudino的团队成功地弥补了这一点，但这样做的必要性凸显了现在量子计算机应用中的一个重要障碍。

另一个考虑因素是操作量子计算机所需的专业知识水平。与成熟的经典计算机相比，该技术仍处于起步阶段。因此，能够有效使用这些机器的个人库相对较小，这是量子计算广泛应用的另一个障碍。

尽管存在这些局限性，但ORNL团队和其他团队在量子计算领域取得的进步还是值得称道。他们的工作展示了量子系统解决复杂科学问题的潜力。但他们遇到的障碍也提醒我们，量子计算虽然充满希望，但仍然是一项发展中的技术。

论文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c01106