Un grupo internacional de investigadores ha logrado la primera demostración de varios qubit del mundo de un cálculo de química cuántica realizado en un sistema de iones atrapados. una de las plataformas de hardware líderes en la carrera por desarrollar una computadora cuántica universal.

La investigación, dirigido por el físico Dr. Cornelius Hempel de la Universidad de Sydney, explora un camino prometedor para desarrollar formas efectivas de modelar enlaces y reacciones químicas utilizando computadoras cuánticas. Se publica hoy en la prestigiosa Revisión física X de la Sociedad Estadounidense de Física.

"Incluso las supercomputadoras más grandes están luchando por modelar con precisión cualquier cosa que no sea la química más básica. Las computadoras cuánticas que simulan la naturaleza, sin embargo, desbloquear una forma completamente nueva de entender la materia. Nos proporcionarán una nueva herramienta para resolver problemas en ciencia de materiales, medicina y química industrial mediante simulaciones ".

Con la computación cuántica aún en su infancia, no está claro exactamente qué problemas resolverán estos dispositivos con mayor eficacia, pero la mayoría de los expertos están de acuerdo en que la química cuántica será una de las primeras "aplicaciones asesinas" de esta tecnología emergente.

La química cuántica es la ciencia de comprender los complicados enlaces y reacciones de las moléculas mediante la mecánica cuántica. Las 'partes móviles' de cualquier cosa que no sean los procesos químicos más simples están más allá de la capacidad de las supercomputadoras más grandes y rápidas.

Modelando y entendiendo estos procesos usando computadoras cuánticas, los científicos esperan desbloquear vías de menor energía para reacciones químicas, permitiendo el diseño de nuevos catalizadores. Esto tendrá enormes implicaciones para las industrias, como la producción de fertilizantes.

Otras posibles aplicaciones incluyen el desarrollo de células solares orgánicas y mejores baterías a través de materiales mejorados y el uso de nuevos conocimientos para diseñar medicamentos personalizados.

Trabajando con colegas del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Innsbruck, Austria, El Dr. Hempel usó solo cuatro qubits en un dispositivo de 20 qubits para ejecutar algoritmos para simular los enlaces de energía del hidrógeno molecular y el hidruro de litio.

Estas moléculas relativamente simples se eligen porque se entienden bien y pueden simularse usando computadoras clásicas. Esto permite a los científicos verificar los resultados proporcionados por las computadoras cuánticas en desarrollo.

El Dr. Hempel dijo:"Esta es una etapa importante del desarrollo de esta tecnología, ya que nos permite establecer puntos de referencia, busque errores y planifique las mejoras necesarias ".

En lugar de apuntar a la simulación más precisa o más grande hasta la fecha, El trabajo del Dr. Hempel se centró en lo que puede salir mal en un prometedor algoritmo híbrido cuántico clásico conocido como eigensolver cuántico variacional o VQE.

Al observar diferentes formas de codificar el problema químico, los investigadores buscan formas de suprimir los errores que surgen en las computadoras cuánticas imperfectas de hoy y se interponen en el camino de la utilidad a corto plazo de esas máquinas.

La supresión de errores es el núcleo de la investigación llevada a cabo en el Laboratorio de Control Cuántico de la Universidad de Sydney, dirigido por el profesor Michael Biercuk, quien recientemente lanzó la primera startup cuántica privada de Australia, Q-CTRL. Dr. Hempel, quién hizo los experimentos mientras estaba en la Universidad de Innsbruck, ahora espera aprovechar la experiencia de Sydney para mejorar lo que se puede lograr con este tipo de simulaciones.

El papel, publicado hoy en revista líder Revisión física X , fue escrito conjuntamente con el profesor Rainer Blatt de Innsbruck, un pionero en computación cuántica, y el ex profesor de Harvard Alán Aspuru-Guzik, quien desde entonces se mudó a la Universidad de Toronto.

Profesor Blatt, de IQOQI en Innsbruck, dijo:"La química cuántica es un ejemplo en el que las ventajas de una computadora cuántica muy pronto se harán evidentes en aplicaciones prácticas".

Jefe del dominio de ciencia cuántica del Nano Institute de la Universidad de Sydney, Dr. Ivan Kassal, dijo:"Este trabajo es una implementación notable de uno de los enfoques más prometedores de la química cuántica, demostrando su valía en un procesador de información cuántica real ".

Dijo que la decisión del Dr. Hempel de mudarse a la Universidad de Sydney en 2016 fue una excelente adición al sólido equipo cuántico en el campus. "La química teórica y la ciencia de los materiales son puntos fuertes de esta universidad y se verán reforzados por estas últimas técnicas de computación cuántica, " él dijo.