Investigadores de la Universidad de Chalmers en Suecia han utilizado una computadora cuántica para simular una reacción química.
La química cuántica a menudo se modela utilizando supercomputadoras, que aplican las leyes de la mecánica cuántica para simular electrones y átomos. Dado que las leyes de la mecánica cuántica describen el comportamiento de la naturaleza a nivel subatómico, muchos investigadores creen que una computadora cuántica debería estar mejor equipada para ejecutar cálculos moleculares que una supercomputadora convencional que se basa en la lógica binaria.
Martin Rahm, profesor asociado de química teórica en el departamento de química e ingeniería química de Chalmers, quien dirigió el estudio, dijo: “En teoría, las computadoras cuánticas podrían usarse para manejar casos en los que los electrones y los núcleos atómicos se mueven de maneras más complicadas. Si podemos aprender a utilizar todo su potencial, deberíamos poder avanzar en los límites de lo que es posible calcular y comprender”.
Este campo de investigación aún es joven y los cálculos de modelos pequeños que se ejecutan se complican por el ruido del entorno de la computadora cuántica. Los investigadores de la Universidad de Chalmers desarrollaron un nuevo método, llamado Mitigación de errores de estado de referencia (REM), que maneja el ruido inherente en los circuitos que componen las computadoras cuánticas. Esto combina cálculos de una computadora cuántica y una computadora convencional para tener en cuenta los errores que ocurren debido al ruido.
REM comienza con una simulación más simple de la reacción química, que actúa como estado de referencia que se puede ejecutar tanto en una computadora convencional como en una cuántica. Este estado de referencia representa una descripción más simple de una molécula que el problema original que la computadora cuántica pretendía resolver. Una computadora convencional puede resolver rápidamente esta versión más simple del problema.
Al comparar los resultados de ambas computadoras, los investigadores dijeron que pueden obtener una estimación de la cantidad de error causado por el ruido en la computadora cuántica. La diferencia entre los resultados de las dos computadoras para el problema de referencia se usa luego para corregir el problema original, más complejo, cuando se ejecuta en el procesador cuántico.
Cuando se ejecutó en la computadora cuántica Särimner de Chalmers, los investigadores lograron calcular la energía intrínseca de pequeñas moléculas de ejemplo como el hidrógeno y el hidruro de litio. Si bien estos cálculos se pueden realizar más rápidamente en una computadora convencional, dijeron que el nuevo método representa un avance importante. También es la primera demostración de un cálculo químico cuántico en una computadora cuántica en Suecia.
“El estudio es una prueba de concepto de que nuestro método puede mejorar la calidad de los cálculos de química cuántica. Es una herramienta útil que utilizaremos para mejorar nuestros cálculos en computadoras cuánticas en el futuro”, agregó Rahm.
“Solo mediante el uso de algoritmos cuánticos reales podemos entender cómo funciona realmente nuestro hardware y cómo podemos mejorarlo. Los cálculos químicos son una de las primeras áreas en las que creemos que las computadoras cuánticas serán útiles, por lo que nuestra colaboración con el grupo de Martin Rahm es especialmente valiosa”, dijo Jonas Bylander, profesor asociado de tecnología cuántica en el departamento de microtecnología y nanociencia de la Universidad de Chalmers.