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Cientistas da IBM usam computação quântica para simulação de química molecular

Postado em: 14/09/2017, às 19:07 por Redação

Cientistas da IBM desenvolveram uma nova abordagem para simular moléculas em um computador quântico que pode ajudar no futuro a revolucionar a química e a ciência dos materiais. Os cientistas utilizaram um processador quântico de 7 qbits para resolver o problema da estrutura molecular do hidreto de berílio (BeH2) – a molécula maior simulada em um computador quântico até à data. Os resultados demonstram um caminho de exploração para sistemas quânticos de curto prazo para melhorar nossa compreensão de reações químicas complexas que podem levar a aplicações práticas.

A equipe implementou um novo algoritmo que é eficiente em relação ao número de operações quânticas necessárias para a simulação. Usando 6 qubits de um processador de 7 qbits, eles foram capazes de medir o estado de energia mais baixo do BeH2, uma medida chave para a compreensão de reações químicas. Embora este modelo de BeH2 possa ser simulado em um computador clássico, a abordagem da IBM tem o potencial de se dimensionar para investigar moléculas maiores que, tradicionalmente, seriam vistas além do alcance de métodos computacionais clássicos, à medida que os sistemas quânticos mais poderosos forem construídos. Os resultados foram publicados n capa do jornal Nature .

Para ajudar a mostrar como os computadores quânticos são adeptos da simulação de moléculas, desenvolvedores e usuários da experiência da IBM Q agora podem acessar o código aberto Jupyter Notebook  que permite aos usuários explorar um método de simulação de energia de estado sólido para moléculas pequenas, como hidreto e hidreto de lítio. Há mais de um ano, a IBM lançou a experiência da IBM Q colocando um robusto computador quântico de cinco quilos na nuvem para que qualquer pessoa acessasse livremente e, mais recentemente, atualizada para um processador de 16 quilos disponível para acesso beta.

A interação de átomos e moléculas é responsável por toda a matéria que nos rodeia no mundo. No entanto, mesmo os supercomputadores mais poderosos de hoje não podem exatamente simular o comportamento interativo de todos os elétrons contidos em um composto químico simples, como a cafeína. O objetivo é que se possa usar computadores quânticos para analisar completamente moléculas e reações químicas, o que poderia ajudar a acelerar a pesquisa e levar à criação de novos materiais, desenvolvimento de medicamentos mais personalizados ou descoberta de fontes de energia mais eficientes e sustentáveis .

"Graças ao prêmio Nobel Richard Feynman, se o público sabe uma coisa sobre quantum, sabe que a natureza é mecânica quântica. Isto é o que nossa mais recente pesquisa está provando – temos o potencial de usar computadores quânticos para aumentar nosso conhecimento de fenômenos naturais no mundo ", disse Dario Gil, vice-presidente de pesquisas da IA ??e IBM Q da IBM Research. "Nos próximos anos, antecipamos as capacidades dos sistemas da IBM Q para superar o que os computadores convencionais de hoje podem fazer e começar a se tornar uma ferramenta para especialistas em áreas como química, biologia, saúde e ciência dos materiais".

"A equipe da IBM realizou uma série de experiências que mantém o registro como a maior molécula já simulada em um computador quântico", disse Alán Aspuru-Guzik, professor de química e biologia química da Universidade de Harvard. "Quando os computadores quânticos são capazes de realizar simulações químicas de uma maneira numericamente exata, muito provavelmente quando tivermos uma correção de erro no lugar e um grande número de qubits lógicos, o campo será interrompido. Predições exatas resultarão em design molecular que não precisa de calibração com experiência. Isso pode levar à descoberta de novas drogas de pequenas moléculas ou materiais orgânicos ".

Em vez de forçar métodos de computação clássicos anteriormente conhecidos em hardware quântico, os cientistas reverteram a abordagem, criando um algoritmo adequado à capacidade dos atuais dispositivos quânticos disponíveis. Isso permite extrair o máximo poder computacional quântico para resolver problemas que crescem exponencialmente mais difíceis para computadores clássicos. Para caracterizar o poder computacional, a IBM adotou uma nova métrica, Quantum Volume. Ele é responsável pelo número e qualidade de qubits, conectividade de circuito e taxas de erro de operações.

A química é um exemplo de um conjunto mais amplo de problemas que os computadores quânticos são potencialmente adequados para enfrentar. Os computadores quânticos também têm o potencial de explorar rotinas de otimização complexas, como pode ser encontrado em serviços de transporte, logística ou financeiros. Eles poderiam mesmo ajudar a avançar a aprendizagem de máquinas e a inteligência artificial, que depende de algoritmos de otimização. No início deste ano, cientistas e colaboradores da IBM demonstraram que existe uma vantagem definida para executar certo tipo de algoritmo de aprendizado de máquina em um cálculo quântico.

 

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1 Comentário

  1. william disse:

    Parabéns pela reportagem

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