Avances de IBM en el uso de ordenadores cuánticos para el descubrimiento científico
El proveedor de nube híbrida e IA IBM ha dado a conocer avances relevantes con su ordenador cuántico.
La compañía asegura que los nuevos resultados que demuestran que ya es posible simular materiales magnéticos reales con resultados que coinciden con los experimentos de dispersión de neutrones, lo que marca un paso significativo hacia el uso de ordenadores cuánticos como herramientas confiables para el descubrimiento científico.
El trabajo, publicado en una preimpresión, fue realizado por científicos del Centro de Ciencias Cuánticas financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, la Universidad de Purdue, la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, el Laboratorio Nacional de Los Alamos, la Universidad de Tennessee e IBM.
La capacidad de diseñar nuevos materiales, como mejores superconductores, baterías más eficientes o fármacos innovadores, depende de la comprensión del comportamiento cuántico, que a menudo resulta difícil de modelar con los métodos clásicos. Aunque se espera que los ordenadores cuánticos aborden este desafío, aún no está claro si los procesadores actuales podrían ofrecer simulaciones cuantitativamente fiables de materiales reales. Estos resultados demuestran que el hardware cuántico actual, combinado con nuevos algoritmos y flujos de trabajo de supercomputación centrados en la computación cuántica, ya puede simular propiedades de los materiales que, en general, pueden ser difíciles de predecir utilizando únicamente métodos clásicos.
“Existe una gran cantidad de datos de dispersión de neutrones en materiales magnéticos que no comprendemos del todo debido a las limitaciones de los métodos clásicos aproximados”, dice Arnab Banerjee, profesor asistente de Física y Astronomía en la Universidad de Purdue. “Utilizar un ordenador cuántico para comprender mejor estas simulaciones y comparar datos experimentales ha sido un sueño mío durante una década, y estoy encantado de que ahora hayamos demostrado por primera vez que podemos hacerlo”.
El experimento
Desde hace mucho tiempo, los científicos utilizan fuentes de neutrones para revelar las propiedades cuánticas de los materiales, midiendo cómo los neutrones incidentes intercambian energía y momento con los espines del material. En este estudio, el equipo se centró en el cristal magnético KCuF3, que está bien caracterizado, y comparó directamente las mediciones de dispersión de neutrones con simulaciones realizadas en un ordenador cuántico. La concordancia entre el experimento y la simulación demuestra que los procesadores cuánticos ahora pueden capturar propiedades dinámicas clave de materiales reales. “Esta es la coincidencia más impresionante que he visto entre datos experimentales y simulación de cúbits, y sin duda eleva el listón de lo que se puede esperar de los ordenadores cuánticos”, señala Allen Scheie, físico de materia condensada del Laboratorio Nacional de Los Alamos. “Estoy sumamente entusiasmado con lo que esto significa para la ciencia”.
Estos resultados comienzan a consolidar a los ordenadores cuánticos como herramientas computacionales fiables para la simulación de materiales. “Las simulaciones cuánticas de modelos realistas de materiales y su caracterización experimental son una demostración importante del impacto que la computación cuántica puede tener en los flujos de trabajo de descubrimiento científico”, apunta Travis Humble, director del Centro de Ciencias Cuánticas del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
El estudio también destaca cómo las mejoras en la escala y la calidad de los procesadores cuánticos fueron cruciales para la precisión de la simulación lograda. “Estos resultados fueron posibles gracias a las tasas de error de dos cúbits a las que ahora podemos acceder en nuestros procesadores cuánticos”, dice Abhinav Kandala, científico investigador principal de IBM. “Esperamos nuevas mejoras en las tasas de error y extensiones a dimensiones superiores para permitir predicciones de propiedades de los materiales que resultan difíciles de lograr únicamente con los métodos clásicos”. Aprovechando la programabilidad de un procesador cuántico universal, el equipo ya ha extendido este enfoque más allá del KCuF₃ para simular clases de materiales con interacciones más complejas.
