Salto colosal en modelación de reacciones químicas mediante computación cuántica

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Las computadoras cuánticas probablemente superarán, y con mucho, a las computadoras convencionales en la simulación de reacciones químicas que involucren a más de cuatro átomos, según un equipo de científicos de la Universidad de Harvard, el Instituto Tecnológico de Massachusetts, y el Haverford College. Tal habilidad superlativa para modelar y predecir reacciones químicas complejas podría revolucionar el diseño de fármacos y la ciencia de los materiales, entre otros campos.

(NC&T) En su estudio sobre tales perspectivas, los investigadores describen el "software" que podría simular las reacciones químicas en las computadoras cuánticas. Tales computadoras se basan en fenómenos de la mecánica cuántica. La computación cuántica ha despertado grandes esperanzas por su potencial para solucionar ciertas clases de problemas imposibles de resolver con ordenadores convencionales.

En los ordenadores convencionales hay un problema fundamental con ciertos sistemas de simulación, como por ejemplo los dedicados a las reacciones químicas. Cuando el tamaño de un sistema crece, los recursos computacionales exigidos para simularlo crecen de manera exponencial. Por ejemplo, podría llevar un día simular una reacción que involucrara 10 átomos, dos días para una con 11 átomos, cuatro días para otra con 12 átomos, ocho días para una con 13 átomos, y así sucesivamente. Unos pocos peldaños más arriba de esta escalera, ni siquiera toda la potencia computacional del mundo entero podría sostener una simulación de tales características.

A diferencia de un ordenador convencional, Alán Aspuru-Guzik y sus colegas están convencidos de que una computadora cuántica podría terminar los pasos necesarios para simular una reacción química en un tiempo que no aumentaría de manera exponencial con la complejidad de la reacción.

Disponer de la capacidad de pronosticar los resultados de las reacciones químicas tendría aplicaciones prácticas capaces de revolucionar la investigación científica. Hoy, un gran porcentaje de las investigaciones en el diseño de fármacos, en la ciencia de los materiales, en estudios sobre catálisis, y en biología molecular, todavía se aborda por el añejo método del ensayo y el error. Tener pronósticos exactos en un plazo de tiempo corto podría cambiar la manera en que las investigaciones científicas de estas clases se llevan a cabo.

El nuevo trabajo sugiere que con computadoras cuánticas, que sean tan rápidas como los ordenadores convencionales modernos, se podría simular en segundos una reacción química que le tomaría años a un ordenador convencional.

En vez de usar bits binarios etiquetados con "0" ó "1" para codificar los datos, como en un ordenador convencional, la computación cuántica guarda la información en qubits (bits cuánticos), que pueden representar simultáneamente tanto "0" como "1". Cuando una computadora cuántica es puesta a trabajar sobre un problema, considera todas las respuestas posibles organizando sus qubits simultáneamente en todas las combinaciones posibles de "ceros" y "unos".

Dado que una secuencia de qubits puede representar muchos números diferentes, una computadora cuántica haría muchos menos cálculos que una convencional para solucionar algunos problemas.

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