Imagina estar atrapado dentro de un laberinto y querer encontrar la salida. ¿Cómo procederías? La respuesta es prueba y error. Así es como funcionan las computadoras tradicionales con algoritmos clásicos para encontrar la solución a un problema complejo. Ahora considere esto:¿Y si, por arte de magia, ¿Pudiste clonarte a ti mismo en múltiples versiones para poder recorrer todos los caminos al mismo tiempo? Encontrarías la salida casi al instante.

Resulta que no estamos hablando de magia, estamos hablando de partículas atómicas y subatómicas. Un electrón por ejemplo, puede estar en varios lugares a la vez. Este es un principio fundamental de la naturaleza conocido en mecánica cuántica como el principio de superposición.

Ahora, imagínese si aprovechamos este principio y lo aplicamos a nuestros simuladores y ordenadores clásicos. ¡Imagínese cuán dramáticamente más eficientes seríamos en el procesamiento de información!

Este es el principio detrás de las computadoras cuánticas y los simuladores cuánticos. En esencia, Las computadoras cuánticas utilizan la capacidad de las partículas subatómicas de existir en más de un lugar a la vez.

Los simuladores cuánticos no solo son buenos para la eficiencia en los tiempos de procesamiento, pero son la opción "natural" para simular sistemas simples y complejos en la naturaleza. Esta es una consecuencia directa del hecho de que la naturaleza se rige en última instancia por las leyes de la mecánica cuántica.

Los simuladores cuánticos nos brindan una excelente oportunidad para simular aspectos fundamentales de la naturaleza y comprender su dinámica oculta sin siquiera mirar las complejidades que surgen de las diversas partículas y sus interacciones. Este es precisamente el motivo de la investigación del profesor Ebrahim Karimi y su equipo.

El equipo de Karimi simula estructuras periódicas y cerradas en la naturaleza, como moléculas en forma de anillo y redes cristalinas, invocando las propiedades mecánicas cuánticas de la luz. Los resultados pueden ayudarnos a comprender la dinámica involucrada en tales sistemas, así como abrir la posibilidad de desarrollar computadoras cuánticas eficientes basadas en fotones.

El equipo de Karimi ha construido y operado con éxito el primer simulador cuántico diseñado específicamente para simular sistemas cíclicos (en forma de anillo). Un simulador cuántico simula un sistema cuántico. El equipo utilizó el cuanto de luz (fotón) para simular el movimiento cuántico de los electrones dentro de anillos formados por diferentes números de átomos. Los resultados del experimento revelaron que la física de los sistemas en forma de anillo es fundamentalmente diferente de la de los sistemas en forma de línea.

Al hacerlo, el equipo estableció una poderosa técnica experimental para simular una amplia clase de sistemas atómicos y abrió una nueva ventana para explorar muchas oportunidades resultantes de su trabajo.

"Anticipamos que, en un corto período de tiempo, nuestra investigación tendrá un impacto muy grande en varias disciplinas, desde la medicina hasta la informática, desde la química orgánica y la biología hasta la ciencia de los materiales y la física fundamental, "dice el Dr. Farshad Nejadsattari, uno de los becarios postdoctorales de Karimi, que formaba parte del proyecto.

En un simulador cuántico, una partícula cuántica que se puede controlar fácilmente y se entiende bien físicamente (en nuestro caso, una partícula de luz, un fotón) puede propagarse dentro de un sistema diseñado para ser similar al que se está simulando.

Algunos descubrimientos interesantes de este experimento incluyen encontrar formas específicas de distribuir la partícula en el anillo de manera que la distribución nunca cambie a medida que la partícula se propaga. y también encontrar casos en los que la partícula primero se esparce sobre el anillo y luego vuelve a emerger en el lugar donde se colocó inicialmente. Esto nunca se ha visto experimentalmente en ningún simulador cuántico.

Con las técnicas de simulación cuántica cada vez más maduras y complejas, sintetizar nuevos materiales, el desarrollo de productos químicos y fármacos se simplificará enormemente. El simulador cuántico ayudará a proporcionar toda la información que uno necesita en un abrir y cerrar de ojos.