Een internationaal team van onderzoekers heeft een nieuwe computationele workflow ontwikkeld die quantumcomputers combineert met klassieke methoden om de elektronische eigenschappen van complexe materialen te bestuderen. De methode werd succesvol toegepast op CaCuO2, een basisstructuur van hoge-temperatuur cupraat-supergeleiders.
In een recent wetenschappelijk rapport, gepubliceerd op 20 oktober 2026, beschrijven onderzoekers onder wie Stefan Wolf en Michael J. Hartmann een innovatieve aanpak om de dynamische gemiddeldveldtheorie (DMFT) te implementeren op quantumhardware. Het doel van het onderzoek is om de elektronische eigenschappen van materialen te begrijpen die sterk gecorreleerde elektronen bevatten, een uitdaging die voor traditionele computers vaak te complex is.
Hybride workflow en methodologie
De kern van de nieuwe benadering is een hybride quantum-klassieke workflow. Hierbij wordt de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) gecombineerd met de dynamische gemiddeldveldtheorie (DMFT). Volgens de publicatie op arxiv.org fungeert een specifiek quantumalgoritme in dit proces als een zogenaamde 'impurity solver'.
Dit algoritme is gebaseerd op 'variational quantum compressed time evolution'. Hiermee konden de onderzoekers de tijdsafhankelijke Green-functie berekenen. Voor de uitvoering van deze berekeningen werd gebruikgemaakt van een IBM Heron quantumapparaat. Om de resultaten bruikbaar te maken, pasten de wetenschappers foutcorrectietechnieken en een specifieke 'Lehmann representation fitting procedure' toe, waarmee de toestandsdichtheid (density of states) kon worden geëxtraheerd uit de signalen in het toegankelijke tijdsdomein.
Resultaten en beperkingen van NISQ-hardware
De onderzoekers melden dat ze erin zijn geslaagd om de kenmerkende eigenschappen van de spectrale functie van CaCuO2 op te lossen. Dit is een belangrijke stap in het begrijpen van de ouderstructuren van cupraat-supergeleiders, die bekend staan om hun vermogen om bij relatief hoge temperaturen elektrische stroom zonder weerstand door te laten.
Ondanks dit succes stuiten de resultaten op de fysieke beperkingen van de huidige generatie quantumcomputers. De auteurs beschrijven dat er aanzienlijke uitdagingen blijven bestaan door de resterende onnauwkeurigheid van de huidige NISQ-apparaten (Noisy Intermediate-Scale Quantum). In de wordt expliciet vermeld dat de numerieke precisie die nodig is voor volledige DMFT-zelfconsistentie de huidige hardwarecapaciteiten overstijgt.
Toekomstperspectief voor materiaalkunde
De conclusie van het team is dat praktische toepassingen van DMFT voor echte materialen op quantumcomputers pas volledig mogelijk zullen zijn na verdere hardwareontwikkelingen in het post-NISQ tijdperk. De huidige resultaten dienen echter als een bewijs van concept dat de voorgestelde hybride workflow werkt en waardevolle data kan leveren, zelfs met de huidige beperkingen.
Het onderzoek is ingediend onder de categorieën Quantum Physics en Strongly Correlated Electrons. De volledige details van de methodiek en de verkregen data zijn beschikbaar via de . Hoewel andere online platforms zoals google.com toegang bieden tot diverse diensten en taalinstellingen, vormt de technische publicatie de enige feitelijke bron voor de wetenschappelijke claims in dit project.
Door de integratie van quantumalgoritmen in de materiaalkunde hopen wetenschappers uiteindelijk complexere simulaties te kunnen uitvoeren die de weg vrijmaken voor de ontdekking van nieuwe supergeleidende materialen. De huidige stap met CaCuO2 markeert een belangrijke mijlpaal in de transitie van theoretische quantumalgoritmen naar praktische toepassingen op echte hardware.