Determinan el comportamiento de una molécula de hidrógeno con sólo dos qubits

Un equipo de físicos especializados en física cuántica (rama de la física que explica el comportamiento de la materia a escala atómica) ha dado el primer paso hacia la utilización de un ordenador cuántico para predecir cómo se produciría una reacción química.

Según publica la revista Newscientist, incluso a los ordenadores clásicos más potentes les cuesta calcular cómo las moléculas interactúan en una reacción química, debido a que la complejidad de estos diminutos sistemas se duplica a medida que cada nuevo átomo se incorpora y entrelaza con el resto de los átomos presentes en la molécula.

Para un ordenador cuántico, sin embargo, resulta más sencillo enfrentarse a la complejidad creciente de los sistemas moleculares, porque ellos mismos tienen propiedades similares a las de la molécula: cada vez que se les incorpora un quantum bit o qubit, estos ordenadores doblan su capacidad computacional.

Sistema de dos qubits

Un qubit es el nombre con el que se define la unidad mínima y constitutiva de la información cuántica. Los dos estados básicos de un qubit se corresponden con el 0 y el 1 del bit clásico (unidad de información de los ordenadores tradicionales).

Pero, además, el qubit puede encontrarse en un estado de superposición cuántica (también denominado estado qubital puro), en el que se superponen los dos estados del bit (el 0 y el 1), lo que en teoría permitirá desarrollar una potencia de tratamiento y procesamiento de información sin precedentes.

En 2005, un científico de la Universidad de Harvard llamado Alán Aspuru-Guzik desarrolló un algoritmo destinado a realizar cálculos sobre procesos químicos, en un ordenador cuántico.

Ahora, lo que han hecho el propio Aspuru-Guzik, otro científico llamado Andrew White, de la Universidad australiana de Queensland, y sus colaboradores, ha sido aplicar este algoritmo a un sistema de computación cuántica formado por dos qubits.

Este algoritmo es una variable de otros algoritmos existentes, como el de Shor, y que han sido utilizados con éxito para decodificar esquemas de encriptación.

Gracias a él, los científicos consiguieron modelar los estados energéticos de una molécula de hidrógeno con resultados muy exactos, publica la revista Arstechnica.

Este sistema, aunque aún no puede extenderse, potencialmente ayudará a mapear el dinamismo de moléculas más complejas, con un gasto menor de tiempo y energía que el que el de los ordenadores clásicos.

Resultados exactos

El seguimiento de la molécula de hidrógeno fue posible gracias a la incorporación de los qubits al algoritmo, uno de ellos precodificado con información digital relativa al sistema químico estudiado.

El valor emitido por los qubits –un 0 o 1- fue lo que proporcionó información sobre el sistema químico analizado. El proceso, de un total de 20 pasos, fue repetido 30 veces para comprobar sus resultados y evitar errores.

Gracias a este sistema, los científicos definieron, en concreto, los niveles de energía de una molécula de hidrógeno, lo que requiere calcular la distancia entre dos átomos y el efecto de diferentes grados de excitación de éstos.

Los resultados fueron sorprendentes, según los científicos: los niveles de energía calculados coincidieron de forma extremadamente precisa con los modelos de predicciones.

Por esta razón, Aspuru-Guzik señala que, aunque se cree que la criptografía será la primera aplicación de la computación cuántica cuando ésta se desarrolle, en realidad el área más prometedora para su aplicación es la de la química, al menos a corto plazo.

Utilidad para la química

Los investigadores señalan que, por ejemplo, como herramienta de estudio de los procesos químicos serviría un sistema computacional que contuviese tan sólo 128 qubits. En cambio, para la criptografía, los algoritmos cuánticos requerirían muchos miles de qubits para ser útiles.

De cualquier forma, el paso de los investigadores australianos se viene a sumar a los avances que en los últimos tiempos se han ido dando en este nuevo concepto de información, basado en la naturaleza cuántica de las partículas elementales.

Los expertos creen que la computación cuántica abrirá en el futuro increíbles posibilidades al procesamiento de datos, y que llegará a revolucionar el mundo de la información.