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1 de Febrero de 2019
Simulación cuántica

Simular la dinámica molecular mediante fotones

El comportamiento de las moléculas resulta muy difícil de modelizar con ordenadores tradicionales porque responde a fenómenos cuánticos. Un nuevo chip fotónico ha demostrado ser una plataforma versátil para su estudio.

Computación con partículas de luz: Un nuevo dispositivo cuántico ha conseguido modelizar la evolución temporal de varios procesos moleculares a partir de las superposiciones cuánticas de estados fotónicos. El hito augura la posibilidad de diseñar de procesos químicos mucho más eficientes que los actuales (recreación artística). [© NiPlot/iStockphoto]

Los dispositivos de computación cuántica podrían superar algún día a los ordenadores tradicionales, sobre todo en lo referente a la simulación de sistemas cuánticos. Tales máquinas comparten su naturaleza cuántica con los sistemas que tratan de simular, por lo que gozan de una ventaja intrínseca a la hora de describirlos. En un artículo publicado hace poco en Nature, Chris Sparrow, de los Laboratorios de Ingeniería y Tecnologías Cuánticas de la Universidad de Bristol, y otros colaboradores han presentado un chip fotónico capaz de simular con éxito varios procesos cuánticos asociados a diferentes moléculas. Los resultados muestran un excelente acuerdo con las simulaciones efectuadas con ordenadores corrientes, lo que reafirma el potencial de la tecnología cuántica en este campo.

En química industrial, el rendimiento de un proceso suele optimizarse controlando variables macroscópicas como la temperatura y la presión. Sin embargo, trabajar a temperaturas y presiones elevadas conlleva el consumo de grandes cantidades de energía, así como la generación de subproductos contaminantes no deseados. Para evitarlo, un prometedor método de optimización se basa en explotar la naturaleza cuántica de las moléculas que intervienen en la reacción.

Uno de los aspectos clave de la mecánica cuántica es el principio de superposición. Este afirma que los posibles estados cuánticos de un sistema pueden sumarse y el resultado será otro estado cuántico posible. El aspecto no clásico de dicho principio se hace manifiesto en los bits cuánticos, o qubits, los cuales pueden existir en una superposición simultánea de los estados 0 y 1. En un qubit, la superposición de tales estados presenta una propiedad conocida como coherencia cuántica. Eso significa que ambos quedan relacionados entre sí de una manera imposible de obtener en física clásica.

La capacidad de controlar la coherencia cuántica constituye uno de los principales retos científicos y tecnológicos de hoy en día, ya que permitiría desde sintetizar materiales de gran interés, como los superfluidos (fluidos que discurren sin resistencia), hasta construir ordenadores cuánticos funcionales. Pero, además, ello podría dar lugar a procesos químicos mucho más eficientes que los que conocemos hoy.

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