Un ordinador quàntic per fer simulacions en química quàntica

La molècula d’hidrogen, que té dos àtoms d’hidrogen enllaçats, no tan sols és la molècula més senzilla i té gran improtància en la natura, sinó que és també la més estudiada per la química teòrica i computacional. Té una lliçó sencera als textos de química física de segon curs, i entendre-la bé és fonamental per a la comprensió del comprotament de la matèria a la nanoescala.

Els químics teòrics fem servir els ordinadors per simular la realitat física. Els ordinadors ens proporcionen, fins i tot abans que les dades experimentals es coneguin, les característiques de les molècules: les eometries, els espectres electrònics i rotovibracionals, la seva reactivitat. El gran avenç en potència computacional en els darreres vint anys ha permés avançar molt en la comprensió del comportament de les molècules i per tant de la química i de la física molecular. Treballar amb molècules grans, les que tenen interès bioquímic, és però inabastable amb els mètodes que proporcionen millor informació, i cal dur a terme fortes simplificacions.

Fa poc, però, s’ha fet un pas que pot suposar poder fer els càlculs molt més ràpidament encara, i per tant estendre les simulacions de química quàntica a molècules d’interès bioquímic. La revista Nature Chemistry va puclicar un article que aplica la computació quàntica a l’estudi de la molècula d’hidrogen. Crec que és el primer cop que la computació quàntica simula un procés real. Es tracta d’un estudi petit, però de gran transcendència si es pot estendre a molècules més grans.

Per dur a terme la simulació de la molècula d’hidrogen s’han fet servir dos qubits (que son com monedes que poden ser “cara” i “creu” a l’hora), juntament amb un sistema de làsers i de dispositius óptics que venen a ser com un programa.

Entendre aquest article no és gaire fàcil. Per això el nostre grup, juntament amb un professor del Departament de Física, estem estudiant-lo per poder-no copsar la importància que té i les possibilitats que té de cara al futur en l’estudi de sistemes més grans (La Laia ja va recollir aquest avenç al seu blog).

En aquest meu blog he anat posat diverses notícies relacionades amb la computació quàntica. Es poden trobar fàcilment fent servir el buscador (per exemple, amb l’adjectiu quàntic o quàntica).

Aquesta notícia ha tingut un bon ressó, i segurament se’l mereix. Per exemple, a New Scientist. L’article original és de pagament, però n’hi ha una versió al repositori digital físic Arxiv.

Quan haurem entés una mica més l’article de Nature Chemistry mirarem d’explicar-lo en llenguatge planer. Es tracta d’un tema apassionant.