Los investigadores han logrado un salto significativo en la simulación cuántica al crear el simulador más grande y controlable hasta el momento, denominado Quantum Twins, capaz de modelar materiales complejos con una precisión sin precedentes. Este avance podría acelerar el descubrimiento de nuevos materiales con propiedades revolucionarias, incluidos superconductores que funcionen en condiciones prácticas.
El poder de la simulación cuántica
Las computadoras cuánticas prometen resolver problemas que están fuera del alcance de las computadoras clásicas. Los simuladores cuánticos adoptan un enfoque diferente: en lugar de soluciones informáticas, emula sistemas cuánticos directamente. Esto es particularmente valioso para la ciencia de los materiales porque muchas propiedades de los materiales (como la superconductividad) surgen de efectos cuánticos que son difíciles de calcular en computadoras normales.
Las simulaciones tradicionales luchan con sistemas grandes e interacciones complejas. Los simuladores cuánticos evitan esta limitación imitando directamente el comportamiento de los electrones en los materiales, lo que ofrece un atajo para comprender y diseñar materiales exóticos.
Construyendo gemelos cuánticos
El simulador Quantum Twins se construyó incorporando átomos de fósforo en chips de silicio. Cada átomo actúa como un qubit (la unidad fundamental de información cuántica) y los investigadores dispusieron con precisión estos qubits para imitar la estructura atómica de los materiales reales.
La versión actual de Quantum Twins consta de cuadrículas que contienen 15.000 qubits, superando a los simuladores anteriores. Fundamentalmente, el equipo también controla las propiedades electrónicas del material simulado ajustando la facilidad con la que los electrones se mueven o interactúan dentro de la red. Este nivel de control es esencial para un modelado preciso.
Resultados iniciales y perspectivas futuras
El equipo probó el simulador recreando un modelo bien conocido de cómo los defectos afectan la conductividad eléctrica. Los resultados validan la capacidad del simulador para manejar sistemas complejos que desafían a las computadoras clásicas.
De cara al futuro, Quantum Twins está preparado para abordar algunos de los mayores desafíos en la ciencia de materiales:
- Superconductores a temperatura ambiente: Los superconductores actuales requieren frío o presión extremos. La simulación cuántica podría ayudar a diseñar materiales superconductores en condiciones ambientales, revolucionando la transmisión y el almacenamiento de energía.
- Descubrimiento de fármacos y fotosíntesis artificial: La simulación de interfaces entre metales y moléculas podría acelerar el desarrollo de nuevos fármacos y dispositivos de fotosíntesis artificial más eficientes.
Por qué esto es importante
La capacidad de modelar materiales con precisión a nivel cuántico cambia las reglas del juego. No se trata sólo de cálculos más rápidos; se trata de diseñar materiales con propiedades que actualmente son imposibles de lograr. Este avance acerca a los investigadores a la ingeniería de materiales con propiedades personalizadas, lo que podría resolver importantes desafíos en energía, medicina y más.
“La escala y la controlabilidad que hemos logrado con estos simuladores significa que ahora estamos preparados para abordar algunos problemas muy interesantes”, afirma Michelle Simmons, investigadora principal del proyecto.
Este desarrollo sugiere un futuro en el que los materiales se diseñan átomo a átomo, desbloqueando propiedades con las que hoy sólo podemos soñar.
