Simulador quântico usa íons para simular ligações químicas

Redação do Site Inovação Tecnológica -  31/07/2018

Impressão artística de uma molécula de hidreto de lítio aproximando-se de seu ponto zero de energia.[Imagem: Harald Ritsch/IQOQI Innsbruck]

Computação química

Com a computação quânticaainda na sua infância, não se sabe exatamente quais problemas esses dispositivos serão mais eficazes para resolver, mas a maioria dos especialistas concorda que a química quântica será uma das primeiras aplicações desta tecnologia emergente.

Basta lembrar que o primeiro teste comparativo de computadores quânticos usou justamente o estudo da energia de ligação de um átomo de hidrogênio e que os simuladores quânticos estão mais avançados do que os processadores quânticos de múltiplas funções.

Um grupo internacional de pesquisadores obteve agora a primeira demonstração multi-qubit de um cálculo de química quântica. Para isso eles usaram um sistema de íons, uma das plataformas de hardware na corrida para desenvolver um computador quântico universal.

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Simulação quântica

A equipe precisou de apenas quatro qubits em um simulador de 20 qubits para executar os algoritmos para simular as ligações de energia do hidrogênio molecular e do hidreto de lítio.

Essas moléculas relativamente simples foram escolhidas porque são bem compreendidas e podem ser simuladas usando computadores clássicos, o que permite verificar os resultados fornecidos pelos computadores quânticos em desenvolvimento.

Hoje já existem simuladores quânticos com mais de 50 qubits, o que permitirá testar químicas cada vez mais complexas.

O maior desafio, contudo, ainda está na correção dos erros dos processadores quânticos, que são rapidamente afetados pelo ambiente, o que deteriora a qualidade dos cálculos.

A expectativa é que, no futuro, as simulações quânticas permitam descobrir vias para reações químicas com menor consumo de energia, permitindo o projetos de novos catalisadores, o desenvolvimento de células solares orgânicas e melhores baterias através de materiais melhorados, e capturar novos insights para projetar medicamentos com menos efeitos colaterais.

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Química quântica

A química quântica tenta compreender as ligações e reações de moléculas usando a mecânica quântica. Ocorre que "partes móveis" de qualquer coisa nessa escala, mesmos dos processos químicos mais simples, estão além da capacidade dos simuladores tradicionais.

Assim, nada melhor do que tentar simular essas interações quânticas usando justamente interações quânticas entre qubits.

"Até mesmo os maiores supercomputadores estão tendo dificuldades para modelar com precisão qualquer coisa, mesmo a química mais básica. Os computadores quânticos simulando a natureza, no entanto, abrem uma maneira toda nova de entender a matéria. Eles vão nos fornecer uma nova ferramenta para resolver problemas em ciência dos materiais, medicina e química industrial usando simulações," disse o professor Cornelius Hempel, da Universidade de Sydney, na Austrália.

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Bibliografia:

Quantum Chemistry Calculations on a Trapped-Ion Quantum Simulator
Cornelius Hempel, Christine Maier, Jonathan Romero, Jarrod McClean, Thomas Monz, Heng Shen, Petar Jurcevic, Ben P. Lanyon, Peter Love, Ryan Babbush, Alán Aspuru-Guzik, Rainer Blatt, Christian F. Roos
Physical Review X
Vol.: 8, 031022
DOI: 10.1103/PhysRevX.8.031022