Los prototipos de ordenadores cuánticos disponibles actualmente van derribando poco a poco algunas barreras. Estas máquinas tienen un punto débil: cometen errores. Esta es la razón por la que Ignacio Cirac, el físico español que junto a Peter Zoller elaboró la base teórica de la computación cuántica, sostiene que lo correcto es identificarlos como prototipos para diferenciarlos de los ordenadores cuánticos plenamente funcionales que con suerte llegarán en el futuro.
Durante la conversación que mantuvimos con Ignacio Cirac en junio de 2021 el director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica nos explicó que creía que los ordenadores cuánticos serán unas herramientas muy valiosas en el ámbito de la química cuántica para, por ejemplo, diseñar fármacos. Apenas cinco años después de aquella conversación se ha producido un hito muy importante que nos invita a otear el horizonte de esta disciplina con un optimismo muy saludable.
Y es que un grupo de investigadores de IBM; el Centro RIKEN de Computación Cuántica, en Japón; y Cleveland Clinic, en EEUU, han llevado a cabo la mayor simulación de química cuántico-clásica realizada hasta la fecha. Es un logro muy importante por un motivo: representa un salto enorme en la forma en que los ordenadores cuánticos pueden utilizarse junto a los superordenadores clásicos para estudiar problemas de química del mundo real.
"Este resultado es un sueño"
El doctor Kenneth Merz, el líder de esta investigación, asegura que el resultado que ha obtenido el equipo que dirige es un sueño. Hasta ahora la simulación más ambiciosa que se había podido hacer en este ámbito empleando un ordenador cuántico recreaba una proteína de tan solo 303 átomos. Sin embargo, el equipo de Merz ha logrado simular dos proteínas biológicamente relevantes (la T4-Lisozima y la Tripsina), así como las moléculas a las que se unen, en un entorno acuoso completamente realista y alcanzando 12.635 átomos.
Para hacerlo posible han recurrido a dos procesadores cuánticos que suman 94 cúbits, ejecutando 9.200 circuitos a lo largo de más de 100 horas y recopilando 1.300 millones de resultados de medición. Los datos cuánticos fueron procesados posteriormente con el superordenador japonés Fugaku. En este ámbito la capacidad de cálculo de los ordenadores cuánticos marca la diferencia, aunque el mérito no pertenece en exclusiva a estas máquinas.
La estrategia que han elaborado estos científicos consiste en dividir las moléculas grandes en grupos más pequeños y manejables
La estrategia que han elaborado estos científicos consiste en dividir las moléculas grandes en grupos más pequeños y manejables. Los superordenadores clásicos resuelven las regiones más simples, mientras que los sistemas cuánticos abordan las partes más complejas y computacionalmente más exigentes.
Después los resultados se recombinan para obtener una imagen global de la molécula. Para llevar a cabo esta simulación los investigadores introdujeron mejoras tanto en las técnicas clásicas como en las cuánticas. No obstante, una de las innovaciones más importantes que han puesto a punto es el perfeccionamiento de la forma en que el sistema identifica qué partes de una molécula requieren un tratamiento cuántico detallado, lo que reduce el coste computacional global.
Como acabamos de ver, estamos ante un hito muy importante, aunque es necesario que lo pongamos en contexto. Y es que, a pesar de su valor, la estrategia que han elaborado estos investigadores aún no supera a los mejores enfoques clásicos. Eso sí, demuestra que los sistemas cuánticos ya pueden contribuir a la resolución de problemas científicos significativos, especialmente cuando se integran con la infraestructura informática existente.
Imagen | IBM
Más información | Interesting Engineering
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IBM ha hecho la mayor simulación de química cuántica hasta la fecha. Es un exitazo para los ordenadores cuánticos
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Laura López
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