Algoritmo reduz falhas de computadores quânticos ao processar equações químicas

Um novo estudo publicado na revista científica Nature descreve um algoritmo que reduz os erros estatísticos, ou ruídos, produzidos por bits quânticos (qubits), quando computadores quânticos processam equações químicas.

Desenvolvido pelo professor de química da Universidade de Columbia David Reichman e pelo estudante de pós-doutorado Joonho Lee, o algoritmo usa até 16 qubits no Sycamore, o computador de 53 qubits do Google, para calcular a energia do estado fundamental – o estado de energia mais baixo de uma molécula. “Estes são os maiores cálculos de química quântica que já foram feitos em um dispositivo quântico real”, disse Reichman.

Segundo Lee, que também é pesquisador visitante do Google Quantum AI, a capacidade de calcular com precisão a energia do estado fundamental permitirá que os químicos desenvolvam novos materiais. O algoritmo pode ser usado para projetar materiais para acelerar a fixação de nitrogênio para agricultura e hidrólise para produzir energia limpa, entre outras metas de sustentabilidade.

Foi utilizado um sistema chamado Monte Carlo quântico, que faz uso de métodos para calcular probabilidades quando há um grande número de variáveis ​​aleatórias e desconhecidas em jogo, como em um jogo de roleta. Nesta pesquisa, os cientistas usaram seu algoritmo para determinar a energia do estado fundamental de três moléculas: heliocídio (H4), usando oito qubits para o cálculo; nitrogênio molecular (N2), usando 12 qubits; e diamante sólido, usando 16 qubits.

Segundo os pesquisadores, a energia do estado fundamental é influenciada por variáveis ​​como o número de elétrons em uma molécula, a direção na qual eles giram e os caminhos que percorrem ao orbitar um núcleo. Essa energia eletrônica é codificada na equação de Schrõdinger. 

Resolver a equação em um computador clássico torna-se exponencialmente mais difícil à medida que as moléculas aumentam, embora os métodos para estimar a solução tenham tornado o processo mais fácil. Como os computadores quânticos podem contornar o problema de escala exponencial tem sido uma questão em aberto no campo.