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Google realiza la primera simulación cuántica de una reacción química

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Una simulación cuántica de una reacción química fue llevada por primera vez a cabo por los científicos de Google. Ellos utilizaron una computadora cuántica para realizar una sencilla reacción, que marca un hito en la historia de la computación cuántica, utilizando 12 cúbits de 54 disponibles.

Cabe resaltar que, el año pasado, específicamente en el mes de octubre, Google publicó un artículo interesante y que marcó también, para siempre la computación cuántica. Dicho artículo se refería a que, en 200 s (segundos), su computador cuántico pudo resolver un problema de «muestrear una instancia de un circuito cuántico«; que le tomaría aproximadamente 10,000 años a la supercomputadora más rápida actual.

También, se debe señalar que el procesador cuántico de Google: Sycamore, tiene 54 cúbits; esta computadora puede hacer operaciones sumamente rápidas, superando en gran medida a los ordenadores actuales más rápidos. De hecho, podemos tener una perspectiva de comparación así, una computadora puede realizar una simulación cuántica compleja al instante, mientras que las «más rápidas convencionales» tardarían años.

Video explicativo donde explican que Google ha alcanzado la supremacía cuántica en sus ordenadores.

Simulación cuántica de la reacción química

Los cálculos para el experimento se centraron en la aproximación Hartree-Fock de un sistema químico real. Recrearon un compuesto llamado diimida (diazeno), el mismo consta de dos átomos de nitrógeno y dos de hidrógeno.

El experimento consistió en que, cuando ambos grupos de átomos interactuaban, los átomos de hidrógeno quedaban en diferentes posiciones (configuraciones) alrededor de los átomos de nitrógeno. Esta reacción es una de las más simples que hay, sin embargo, se pudo describir con precisión las diferentes posiciones. De igual manera, también se pudo llegar a una descripción precisa de la energía de enlace del hidrógeno en cadenas cada vez más grandes.

Tal vez, pueda que no se vea como una gran hazaña, puesto que, de igual manera se realizó la simulación en una computadora convencional (que, de hecho, sirvió para corroborar el trabajo realizado en la computadora cuántica), pero el solo hecho de realizarla en ambiente de trabajo a nivel cuántico, abre paso a la aplicación viable en computadoras cuánticas.

Simulación cuántica de la reacción química por procesador Sycamore de Google
El procesador Sycamore de Google montado en un criostato, utilizado recientemente para demostrar la supremacía cuántica y la simulación de química cuántica más grande en una computadora cuántica. Foto: Rocco Ceselin

Experimento base para otras de simulaciones cuánticas

La simulación cuántica de esta reacción química se realizó utilizando el procesador Sycamore. El mismo que fue empleado para llevar a Google a la batalla por la supremacía cuántica. Los físicos e ingenieros de Google comentan que, aunque el experimento conllevó la utilización de menos cúbits, era necesario que los procesos fueran más precisos y confiables. Razón por la cual, produjo que se desarrollaran nuevos métodos de calibración y precisión.

A pesar de que, es una simulación «sencilla», y no necesariamente se debe tener una computadora cuántica, el mero hecho de llevar a cabo este experimento satisfactoriamente, es un paso gigantesco para la entrante era de la computación cuántica.

Por último, el equipo de científicos de Google espera que esta simulación cuántica funcione como cimiento para la producción de otros experimentos relacionados con la computación cuántica.


Fuente

Rubín, N., Babbush, R. (2020). Hartree-Fock on a superconducting qubit quantum computer. Retrieved 9 September 2020, from https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1084

Arute, F., Arya, K., Babbush, R. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature 574, 505–510 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

Hardware, S. (2020). Scaling Up Fundamental Quantum Chemistry Simulations on Quantum Hardware. Retrieved 9 September 2020, from https://ai.googleblog.com/2020/08/scaling-up-fundamental-quantum.html


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