Una colaboración internacional de físicos cuánticos de la Universidad de Bristol, Microsoft, Google, Colegio Imperial, Instituto Max Planck, y la Universidad Sun Yat-sen han introducido un nuevo algoritmo para resolver la estructura energética de los sistemas cuánticos en las computadoras cuánticas.

Han probado este algoritmo en un procesador fotónico cuántico de silicio que realiza el cálculo utilizando fotones, las partículas elementales de luz.

La estructura energética de un sistema cuántico está formada por niveles de energía cuantificados, el nivel de energía más bajo se llama estado fundamental, mientras que los niveles de energía más altos se denominan estados excitados.

En particular, este nuevo algoritmo es capaz de encontrar los estados excitados de una manera que parece no tener un análogo directo en una computadora clásica, proporcionando una nueva forma de estudiar física y química a nivel microscópico.

Las propiedades químicas y físicas fundamentales de los sistemas se pueden caracterizar al encontrar un conjunto particular de estados cuantificados llamados autoestados que contienen el estado fundamental del sistema (el estado con energía mínima) y estados excitados (estados estacionarios con energías más altas).

Autor Jarrod McClean, del laboratorio de inteligencia artificial cuántica de Google, dijo:"La expansión del conjunto de herramientas para estados excitados es crucial si queremos que las computadoras cuánticas hagan contribuciones significativas a áreas importantes como las células solares y las baterías".

Se espera que las grandes computadoras cuánticas puedan simular sistemas químicos complejos, una tarea imposible para las computadoras clásicas, aumentando nuestro conocimiento de la física y la química.

La investigación, publicado hoy en la revista, Avances de la ciencia , fue dirigido por investigadores de la Escuela de Física de la Universidad de Bristol.

El autor principal, el Dr. Raffaele Santagati, dijo:"En este trabajo proporcionamos una nueva herramienta para estudiar las propiedades de los sistemas cuánticos con computadoras cuánticas".

Este objetivo se logra mediante la introducción de un enfoque de simulación cuántica basado en el concepto novedoso de "testigo de estado propio", una cantidad que detecta si un estado cuántico dado está cerca de un estado propio del sistema o no.

Dr. Jianwei Wang, también de la Universidad de Bristol, agregó:"Probamos con éxito el protocolo para un caso de prueba de concepto en un chip fotónico cuántico de silicio, mostrando su aplicabilidad para simular sistemas más complejos en dispositivos cuánticos realistas a corto plazo ".

Poco después de la demostración de Bristol, Otro enfoque ha sido demostrado experimentalmente por el Dr. Jeremy Colless y sus colegas de la UCA en Berkeley, utilizando qubits superconductores.

Los investigadores prevén que los hallazgos clave de este artículo fomentarán la investigación hacia mejoras en el algoritmo propuesto y el surgimiento de nuevas aplicaciones.

Las computadoras cuánticas avanzadas desbloquearán aplicaciones poderosas, y se espera que esto sea posible en las próximas décadas, cuándo estarán disponibles las computadoras cuánticas con aproximadamente 200 qubits.

El Dr. Santagati añadió:"Un mayor desarrollo de la fotónica cuántica integrada, darse cuenta de dispositivos más complejos, hará posibles simuladores cuánticos fotónicos más útiles ".