Un equipo internacional de investigación financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. ha demostrado que las computadoras cuánticas pueden simular con precisión las propiedades mecánico-cuánticas de materiales magnéticos reales. Los resultados coinciden con mediciones de dispersión de neutrones de laboratorios nacionales, abriendo nuevas posibilidades para el desarrollo de superconductores, almacenamiento de energía y fármacos.
Las computadoras cuánticas se consideran desde hace tiempo herramientas prometedoras para simular propiedades complejas de materiales. Sin embargo, una pregunta clave permanecía abierta: ¿puede el hardware actual ofrecer resultados cuantitativamente fiables para materiales reales? Un nuevo preprint publicado recientemente responde de forma concreta: sí, al menos para determinados sistemas magnéticos.
Científicos del Quantum Science Center, financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), junto con IBM, han demostrado que una computadora cuántica puede simular el cristal magnético KCuF₃ con resultados que coinciden con experimentos reales de dispersión de neutrones. En la colaboración participan el Oak Ridge National Laboratory, la Universidad de Purdue, la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, el Los Alamos National Laboratory y la Universidad de Tennessee.
Un objetivo de una década se convierte en realidad medible
Para Arnab Banerjee, profesor asistente de Física y Astronomía en la Universidad de Purdue, el resultado supone un hito personal: “Usar una computadora cuántica para comprender mejor y comparar datos de dispersión de neutrones con resultados experimentales ha sido un objetivo mío durante más de una década.” Que esto haya podido demostrarse ahora lo considera un avance para todo el campo.
La alta precisión de la simulación se debe a dos factores: flujos de trabajo de supercomputación centrada en lo cuántico, que combinan productivamente hardware clásico y cuántico, y unas tasas de error de hardware significativamente reducidas. “Estos resultados fueron posibles gracias a las tasas de error de dos cúbits alcanzables hoy en nuestros procesadores cuánticos”, explica Abhinav Kandala, investigador principal en IBM.
El experimento: neutrones como referencia de validación
Las fuentes de neutrones son desde hace tiempo una herramienta consolidada para estudiar propiedades cuánticas de los materiales, midiendo cómo los neutrones incidentes intercambian energía e impulso con los espines del material. El equipo eligió el cristal KCuF₃ como caso de prueba y comparó directamente las simulaciones cuánticas con las mediciones de dispersión de neutrones.
“Esta es la coincidencia más impresionante que he visto hasta ahora entre datos experimentales y simulaciones con cúbits”, afirma Allen Scheie, físico de materia condensada en el Los Alamos National Laboratory. El listón para futuras simulaciones cuánticas ha subido considerablemente.
La supercomputación centrada en lo cuántico como instrumento científico
Travis Humble, director del Quantum Science Center en el Oak Ridge National Laboratory, destaca el valor científico: “Las simulaciones cuánticas de modelos de materiales realistas y su caracterización experimental son un testimonio revelador del impacto que la computación cuántica puede tener en los procesos de descubrimiento científico.”
Gracias a la programabilidad de un procesador cuántico universal, el equipo ya ha extendido el enfoque a clases de materiales con interacciones más complejas. Se espera que nuevas mejoras en las tasas de error y la ampliación a dimensiones superiores permitan predecir propiedades de materiales difíciles de obtener solo con métodos clásicos.
Relevancia a largo plazo: superconductores, medicina y energía
Estos hallazgos forman parte de un cambio más amplio en la aplicación de computadoras cuánticas a problemas científicos. Proyectos paralelos incluyen la simulación de una molécula de semimóbius hasta ahora desconocida y una simulación de proteínas de alta escala en colaboración con la Cleveland Clinic. En química, ciencia de materiales y biología molecular, la simulación cuántica comienza a abordar preguntas científicas fundamentales.
El objetivo general es generar valor científico y económico integrando el hardware cuántico con la computación clásica de alto rendimiento en flujos de trabajo que aprovechen las fortalezas de ambas tecnologías. El presente estudio demuestra que este camino es viable en principio, aunque aún son necesarios nuevos avances técnicos.
El Dr. Jakob Jung es redactor jefe de Security Storage y Channel Germany. Lleva más de 20 años trabajando en el periodismo especializado en TI. A lo largo de su carrera ha colaborado con Computer Reseller News, Heise Resale, Informationweek, Techtarget (almacenamiento y centros de datos) y ChannelBiz. Además, colabora como freelance con numerosas publicaciones del sector de las TI, entre las que se incluyen Computerwoche, Channelpartner, IT-Business, Storage-Insider y ZDnet. Sus temas principales son el canal, el almacenamiento, la seguridad, los centros de datos, los sistemas ERP y CRM.
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