Un equipo científico liderado por los físicos españoles Ignacio Cirac y Javier Argüello-Luengo ha propuesto un modelo alternativo para la realización de simulaciones químicas de moléculas. El simulador ha sido probado con éxito para reproducir el comportamiento de la capa de electrones de una molécula de hidrógeno.
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| Visualización del simulador cuántico propuesto, en el que los átomos ultrafríos se mueven en un entramado óptico actuando como átomos moleculares. / Javier Argüello Luengo. / MPQ |
La búsqueda de nuevas sustancias y el desarrollo de nuevas técnicas en la industria química se realiza a menudo mediante simulaciones por ordenador de moléculas o reacciones. Pero incluso los superordenadores más avanzados son incapaces de resolver los problemas más complejos.
“Los ordenadores cuánticos digitales capaces de resolver problemas químicos van a tardar en llegar, ya que requieren el control de millones de cúbits”, dice Cirac
Ahora, un equipo liderado por el físico español Ignacio Cirac, director del departamento de Teoría del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica
(MPQ) en Garching (Alemania), ha propuesto un simulador cuántico
analógico que imita la química cuántica de las moléculas. Los detalles
se han publicado en el último número de la revista Nature.
Según
comenta Cirac a Sinc, “los ordenadores cuánticos digitales capaces de
resolver problemas de química van a tardar aún mucho tiempo en llegar,
ya que requieren el control de millones de quantum bits [cúbits]. Nosotros proponemos abordar estas simulaciones químicas con un ordenador cuántico analógico”.
El
investigador indica que esperan que “en los próximos años se hagan
demostraciones sencillas para la resolución de problemas triviales. Pero
a más largo plazo, creemos que estos simuladores cuánticos analógicos
pueden resultar herramientas muy valiosas para validar otros métodos y
hacer investigaciones sobre la estructura de moléculas relativamente
simples, formadas por una decena de átomos”.
Investigar las propiedades de las moléculas
“Nosotros proponemos abordar estas simulaciones químicas con un ordenador cuántico analógico”, agrega
El artículo destaca que al igual que un modelo arquitectónico puede
ser utilizado para probar la estática de un futuro edificio, un
simulador cuántico analógico puede ayudar a investigar las propiedades
de las moléculas.
El equipo, que colidera el también español Javier Argüello-Luengo, ha usado el hidrógeno
–la molécula más simple de todas– para demostrar teóricamente que el
simulador cuántico puede reproducir el comportamiento de la capa de
electrones de una molécula real.
En su trabajo, también muestran
cómo los físicos experimentales pueden construir tal simulador paso a
paso. "Nuestros resultados ofrecen un nuevo enfoque para la
investigación de los fenómenos que aparecen en la química cuántica",
dice Argüello-Luengo.
Han demostrado teóricamente que el simulador puede reproducir el comportamiento de la capa de electrones de una molécula de hidrógeno
Hoy en día, los simuladores cuánticos ya están en uso, por ejemplo,
para imitar a los cristales. Tienen una red atómica regular
tridimensional, que es imitada por varios rayos láser que se cruzan. Los
puntos de intersección forman algo así como los huecos de un cartón de huevos
en el que se llenan los átomos. La interacción entre los átomos puede
controlarse amplificando o atenuando los rayos. De esta manera, los
investigadores obtienen un modelo variable en el que pueden estudiar el comportamiento atómico con gran precisión.
Los
autores explican que el simulador también se puede usar en moléculas
más grandes que el hidrógeno. En el futuro, la gente podrá utilizar las
simulaciones de un modelo como el que se sugiere en el artículo,
compararlo con un modelo computacional convencional y ajustarlo.
Javier
Argüello-Luengo recalca que el trabajo de su equipo “abre la
posibilidad de calcular eficientemente las estructuras electrónicas de
las moléculas mediante simulación cuántica analógica. Esto hará posible
una mejor comprensión de los problemas bioquímicos que son difíciles de
explorar con los ordenadores de hoy en día”, concluye.
Referencia bibliográfica:
J. Argüello-Luengo, A. Gonzàlez-Tudela, T. Shi, P. Zoller & J. I. Cirac. “Analogue Quantum Chemistry Simulation”. Nature ( 9 de octubre, 2019) DOI: 10.1038/s41586-019-1614-4
Fuente: SINC
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