Recientes innovaciones en simulación cuántica están marcando un hito en la química y la física. Investigadores de la Universidad de Sídney han logrado observar interacciones atómicas en tiempo real utilizando una **máquina cuántica**. Este avance permite simular **dinámicas químicas** que los superordenadores tradicionales no pueden modelar con eficacia. Las implicaciones para el sector energético son enormes, desde la mejora de **sistemas solares** hasta la conversión de luz. Gracias a este progreso, se abre un camino para entender mejor los **procesos fotoinducidos**, lo que podría acelerar el descubrimiento de nuevos materiales y tratamientos médicos.
Una nueva era en la simulación cuántica
Hasta ahora, los ordenadores cuánticos se habían utilizado principalmente para calcular propiedades estáticas de las moléculas, como sus niveles de energía. Simular procesos dinámicos, donde las moléculas cambian en función del tiempo, ha sido un desafío considerable. La investigación del equipo de Sídney rompe estas barreras al simular el comportamiento de moléculas excitadas por la luz, un fenómeno que involucra cambios extremadamente rápidos a nivel electrónico y vibracional, difíciles de modelar para los ordenadores clásicos.
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Los científicos emplearon una técnica de simulación cuántica analógica con un solo ion atrapado, lo que reduce drásticamente la cantidad de recursos necesarios en comparación con los ordenadores cuánticos digitales convencionales. **Realizar la misma simulación con un enfoque clásico requeriría 11 qubits perfectos y 300,000 puertas de entrelazamiento sin errores**, explica el profesor Kassal. Su método es aproximadamente un millón de veces más eficiente, lo que permite estudiar dinámicas químicas complejas con muchos menos recursos de lo que se pensaba anteriormente.
Simulaciones enfocadas en moléculas específicas
El estudio se centró en la interacción de la luz con tres moléculas: el aleno (C3H4), el butatrieno (C4H4) y la pirazina (C4N2H4). La simulación logró un factor de dilatación temporal impresionante de 100 mil millones (1011), lo que significa que operó en un rango de tiempo de milisegundos mientras reproducía eventos químicos ultrarrápidos que ocurren en femtosegundos (10-15).
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Este trabajo se basa en esfuerzos previos de 2023, donde el equipo había simulado dinámicas cuánticas abstractas. **El Dr. Tan indica que es posible simular interacciones de estas moléculas específicas utilizando superordenadores tradicionales, pero que las moléculas más complejas superarán sus capacidades.** La tecnología cuántica promete simular una complejidad que va más allá de lo que los métodos clásicos pueden ofrecer.
Impacto en el sector energético
Las consecuencias de esta investigación son vastas, especialmente en el ámbito energético. Una mejor comprensión de las dinámicas fotoinducidas ultrarrápidas, ahora accesible gracias a estas simulaciones cuánticas, podría cambiar la manera en que captamos y utilizamos la luz. Esto conduciría a **sistemas solares** significativamente más eficientes y al desarrollo de células fotovoltaicas capaces de convertir la luz solar con un rendimiento sin precedentes.
A su vez, podríamos aprender más sobre cómo las plantas aprovechan la luz solar para generar energía, lo que podría inspirar nuevas soluciones energéticas. Las dinámicas fotoinducidas ultrarrápidas, actualmente poco comprendidas, se beneficiarán de herramientas de simulación precisas, acelerando así el descubrimiento de nuevos materiales y tratamientos.
A medida que esta investigación continúa empujando los límites de nuestro entendimiento científico, surge la pregunta: ¿qué nuevos descubrimientos e innovaciones revelarán las futuras simulaciones cuánticas para el mundo? Cada avance abre una ventana a nuevas posibilidades, invitando a todos a reflexionar sobre el potencial inexplorado de la ciencia cuántica.
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