Um grupo internacional de pesquisadores conseguiu a primeira demonstração de vários qubit do mundo de um cálculo de química quântica realizado em um sistema de íons aprisionados, uma das plataformas de hardware líderes na corrida para desenvolver um computador quântico universal.

A pesquisa, liderado pelo físico da Universidade de Sydney, Dr. Cornelius Hempel, explora um caminho promissor para o desenvolvimento de maneiras eficazes de modelar ligações químicas e reações usando computadores quânticos. É publicado hoje na prestigiosa Revisão Física X da American Physical Society.

"Mesmo os maiores supercomputadores estão lutando para modelar com precisão qualquer coisa, exceto a química mais básica. Computadores quânticos simulando a natureza, Contudo, desbloquear uma forma totalmente nova de compreender a matéria. Eles nos fornecerão uma nova ferramenta para resolver problemas em ciência dos materiais, medicina e química industrial usando simulações. "

Com a computação quântica ainda em sua infância, ainda não está claro exatamente quais problemas esses dispositivos serão mais eficazes para resolver, mas a maioria dos especialistas concorda que a química quântica será um dos primeiros 'aplicativos matadores' dessa tecnologia emergente.

A química quântica é a ciência de compreender as ligações e reações complicadas das moléculas usando a mecânica quântica. As 'partes móveis' de qualquer coisa, exceto os processos químicos mais simples, estão além da capacidade dos maiores e mais rápidos supercomputadores.

Ao modelar e compreender esses processos usando computadores quânticos, os cientistas esperam desbloquear caminhos de baixa energia para reações químicas, permitindo o desenho de novos catalisadores. Isso terá enormes implicações para as indústrias, como a produção de fertilizantes.

Outras aplicações possíveis incluem o desenvolvimento de células solares orgânicas e baterias melhores por meio de materiais aprimorados e o uso de novas percepções para projetar medicamentos personalizados.

Trabalhando com colegas do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica em Innsbruck, Áustria, Dr. Hempel usou apenas quatro qubits em um dispositivo de 20 qubit para executar algoritmos para simular as ligações de energia do hidrogênio molecular e do hidreto de lítio.

Essas moléculas relativamente simples são escolhidas porque são bem compreendidas e podem ser simuladas usando computadores clássicos. Isso permite que os cientistas verifiquem os resultados fornecidos pelos computadores quânticos em desenvolvimento.

O Dr. Hempel disse:"Este é um estágio importante do desenvolvimento desta tecnologia, pois nos permite estabelecer padrões de referência, procure erros e planeje as melhorias necessárias. "

Em vez de buscar a simulação mais precisa ou maior até o momento, O trabalho do Dr. Hempel enfocou o que pode dar errado em um algoritmo híbrido quântico-clássico promissor conhecido como eigensolver quântico variacional ou VQE.

Ao olhar para diferentes maneiras de codificar o problema de química, os pesquisadores estão atrás de maneiras de suprimir erros que surgem nos computadores quânticos imperfeitos de hoje e atrapalham a utilidade dessas máquinas a curto prazo.

A supressão de erros está no cerne da pesquisa realizada no Laboratório de Controle Quântico da Universidade de Sydney, liderado pelo professor Michael Biercuk, que lançou recentemente a primeira start-up quântica privada da Austrália, Q-CTRL. Dr. Hempel, quem fez os experimentos enquanto estava na Universidade de Innsbruck, agora espera aproveitar a experiência de Sydney para melhorar o que pode ser realizado com esses tipos de simulações.

O papel, publicado hoje em jornal importante Revisão Física X , foi escrito em conjunto com o Professor Rainer Blatt de Innsbruck, um pioneiro em computação quântica, e o ex-professor de Harvard Alán Aspuru-Guzik, que desde então se mudou para a Universidade de Toronto.

Professor Blatt, do IQOQI em Innsbruck, disse:"A química quântica é um exemplo em que as vantagens de um computador quântico logo se tornarão aparentes em aplicações práticas."

Chefe do domínio de ciência quântica do Nano Institute da University of Sydney, Dr. Ivan Kassal, disse:"Este trabalho é uma implementação notável de uma das abordagens mais promissoras da química quântica, provando seu valor em um verdadeiro processador de informação quântica. "

Ele disse que a decisão do Dr. Hempel de se mudar para a Universidade de Sydney em 2016 foi uma excelente adição à forte equipe quântica do campus. "Química teórica e ciência dos materiais são pontos fortes desta universidade e serão aprimorados por essas técnicas mais recentes de computação quântica, " ele disse.