La prima simulazione di una reazione chimica con un computer quantistico

7 Settembre 2020
Reazione

I ricercatori hanno ricostruito una reazione con una molecola di diazene, che consiste di due atomi di azoto e due atomi di idrogeno

 

I ricercatori di Google hanno utilizzato per la prima volta un computer quantistico per simulare una reazione chimica. La reazione è semplice, ma segna un passo verso la ricerca di un utilizzo pratico per i computer quantistici. A descrivere il lavoro è stato uno studio pubblicato sulla rivista Science.

Poiché gli atomi e le molecole sono sistemi governati dalla meccanica quantistica, i computer quantistici dovrebbero essere il modo migliore per simularli con precisione. Questi computer utilizzano bit quantistici, o qubit, per memorizzare informazioni ed eseguire calcoli.

Tuttavia, i computer quantistici hanno difficoltà a raggiungere la precisione necessaria per simulare atomi di grandi dimensioni o reazioni chimiche. Così i ricercatori di Google hanno utilizzato il dispositivo Sycamore dell’azienda per eseguire la prima simulazione quantistica accurata di una reazione chimica. Sycamore ha raggiunto la supremazia quantistica nel 2019, quando ha effettuato un calcolo che sarebbe stato impossibile per un computer classico eseguire negli stessi tempi.

Per quest’ultima impresa, i ricercatori hanno simulato una reazione con una molecola di diazene, che consiste di due atomi di azoto e due atomi di idrogeno. La molecola ha subito una reazione in cui gli atomi di idrogeno si muovono in diverse configurazioni attorno agli atomi di azoto. La simulazione quantistica concorda con le simulazioni che i ricercatori hanno eseguito su computer classici per verificare il loro lavoro.

Sebbene questa reazione possa essere relativamente semplice e non sia necessario disporre di un computer quantistico per simularla, questo lavoro rappresenta un grande passo avanti per il calcolo quantistico, secondo Ryan Babbush di Google. “Stiamo facendo calcoli quantistici della chimica su una scala fondamentalmente diversa ora“, dice. “Il lavoro precedente consisteva in calcoli che potevi fondamentalmente fare a mano con carta e matita, ma per le dimostrazioni che stiamo vedendo ora, avresti sicuramente bisogno di un computer per farlo“, aggiunge.

Scalare questo algoritmo per simulare reazioni più complesse dovrebbe essere abbastanza semplice, secondo Babbush: simulare reazioni in molecole più grandi richiederà semplicemente più qubit e piccole modifiche al calcolo. Secondo i ricercatori, un giorno potremmo persino essere in grado di sviluppare nuove sostanze chimiche utilizzando simulazioni quantistiche.

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