Las computadoras cuánticas son la nueva frontera en tecnología de investigación avanzada, con aplicaciones potenciales como realizar cálculos críticos, proteger activos financieros o predecir el comportamiento molecular en productos farmacéuticos.
Investigadores de la Universidad de la ciudad de Osaka han resuelto un problema importante que dificulta el uso práctico de las computadoras cuánticas a gran escala: predicciones precisas y exactas del comportamiento atómico y molecular.
Publicaron su método para eliminar información extraña de los cálculos químicos cuánticos el 17 de septiembre como un artículo avanzado en línea en Physical Chemistry Chemical Physics , una revista de la Royal Society of Chemistry.
«Una de las aplicaciones más esperadas de las computadoras cuánticas son las simulaciones de estructuras electrónicas de átomos y moléculas», dijeron los autores del artículo Kenji Sugisaki, profesor y Takeji Takui, profesor emérito del Departamento de Química y Ciencia de Materiales Moleculares de la Facultad de Ciencias de la Universidad de la Ciudad de Osaka. .
Los cálculos químicos cuánticos son omnipresentes en todas las disciplinas científicas, incluido el desarrollo de terapias farmacéuticas y la investigación de materiales. Todos los cálculos se basan en la resolución de la ecuación del físico Erwin Schrödinger, que utiliza interacciones electrónicas y moleculares que dan como resultado una propiedad particular para describir el estado de un sistema mecánico cuántico.
«Las ecuaciones de Schrödinger gobiernan cualquier comportamiento de los electrones en las moléculas, incluidas todas las propiedades químicas de las moléculas y los materiales, incluidas las reacciones químicas», dijeron Sugisaki y Takui.
En las computadoras clásicas, estas ecuaciones precisas tomarían un tiempo exponencial. En las computadoras cuánticas, esta precisión es posible en un tiempo realista, pero requiere «limpieza» durante los cálculos para obtener la verdadera naturaleza del sistema, según ellos.
Un sistema cuántico en un momento específico en el tiempo, conocido como función de onda, tiene una propiedad descrita como espín, que es el total del espín de cada electrón en el sistema. Debido a fallas de hardware o errores matemáticos, puede haber giros incorrectos que informen el cálculo de giro del sistema. Para eliminar estos ‘contaminantes de espín’, los investigadores implementaron un algoritmo que les permite seleccionar el número cuántico de espín deseado. Esto purifica el giro, eliminando contaminantes durante cada cálculo, por primera vez en las computadoras cuánticas, según ellos.
«Los cálculos de química cuántica basados en la resolución exacta de las ecuaciones de Schrödinger para cualquier comportamiento de átomos y moléculas pueden permitir predicciones de sus propiedades físico-químicas e interpretaciones completas de reacciones y procesos químicos», dijeron, señalando que esto no es posible con las computadoras clásicas disponibles actualmente. y algoritmos. «El presente artículo ha dado una solución al implementar un algoritmo cuántico en computadoras cuánticas».
A continuación, los investigadores planean desarrollar e implementar algoritmos diseñados para determinar el estado de los electrones en moléculas con la misma precisión para los electrones en estado excitado o fundamental.
Fuente: la Universidad de la Ciudad de Osaka .
