Das muitas expectativas que temos da tecnologia quântica, uma das mais interessantes tem que ser a capacidade de simular a química em um nível sem precedentes. Agora temos nosso primeiro vislumbre de como isso pode ser.

Junto com uma equipe de colaboradores, a equipe do Google AI Quantum usou seu processador quântico de 54 qubit, Sycamore, para simular mudanças na configuração de uma molécula chamada diazene.

No que diz respeito às reações químicas, é uma das mais simples que conhecemos. O diazene é pouco mais do que um par de nitrogênios ligados por uma ligação dupla, cada um puxando um átomo de hidrogênio.

No entanto, o computador quântico descreveu com precisão as mudanças nas posições do hidrogênio para formar diferentes isômeros de diazeno. A equipe também usou seu sistema para chegar a uma descrição precisa da energia de ligação do hidrogênio em cadeias cada vez maiores.

Por mais simples que esses dois modelos possam parecer, há muita coisa acontecendo sob o capô. Esqueça as reações químicas formuladas em seus livros escolares – em um nível de mecânica quântica, a química é uma mistura complicada de possibilidades.

De certa forma, é a diferença entre saber que um cassino sempre terá lucro e prever os resultados dos jogos individuais que estão sendo jogados nele. Restrito às regras previsíveis dos computadores clássicos, a capacidade de representar as combinações infinitas de lançamentos de dados e royal flushes da física quântica tem sido muito difícil.

Os computadores quânticos, por outro lado, são construídos em torno desses mesmos princípios de probabilidade quântica que governam a química em um nível fundamental.

As unidades lógicas chamadas qubits existem em um estado difuso de ‘ou/ou’. Quando combinado com os estados ‘talvez’ de outros qubits em um sistema, ele fornece aos engenheiros de computação uma maneira única de realizar cálculos.

Algoritmos especialmente formulados para tirar proveito dessa mecânica quântica permitem atalhos, reduzindo a minutos o que um supercomputador clássico levaria milhares de anos de moagem.

Se quisermos ter uma esperança de modelar a química em um nível quântico, vamos precisar desse tipo de poder, e de algum.

Apenas calcular a soma das ações que determinam a energia em uma molécula de propano levaria, hipoteticamente, um supercomputador mais de uma semana. Mas há uma enorme diferença entre um instantâneo da energia de uma molécula e o cálculo de todas as formas como elas podem mudar.

A simulação do diazene usou 12 dos 54 qubits no processador Sycamore para realizar seus cálculos. Isso em si ainda era o dobro do tamanho de qualquer tentativa anterior de simulações de química.

A equipe também expandiu os limites de um algoritmo projetado para casar os processos clássicos com os quânticos, projetado para eliminar os erros que surgem com muita facilidade no delicado mundo da computação quântica.

Tudo isso acrescenta possibilidades de simulações cada vez maiores no futuro, nos ajudando a projetar materiais mais robustos, filtrar produtos farmacêuticos mais eficazes e até mesmo desvendar mais segredos do cassino quântico do nosso Universo.

Os hidrogênios errantes de diazene são apenas o começo dos tipos de química que poderemos em breve ser capazes de modelar em uma paisagem quântica.

Esta pesquisa foi publicada na Science.

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