El anulador cuántico mejora la comprensión de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos
Los físicos llevan mucho tiempo persiguiendo la idea de simular partículas cuánticas con un ordenador que a su vez esté hecho de partículas cuánticas. Esto es exactamente lo que han hecho científicos del Forschungszentrum Jülich junto con colegas de Eslovenia. Utilizaron un recocido cuántico para modelar un material cuántico de la vida real y demostraron que el recocido cuántico puede reflejar directamente las interacciones microscópicas de los electrones en el material. El resultado es un avance significativo en este campo, que demuestra la aplicabilidad práctica de la computación cuántica para resolver problemas complejos de la ciencia de los materiales. Además, los investigadores descubrieron factores que pueden mejorar la durabilidad y la eficiencia energética de los dispositivos de memoria cuántica. Los hallazgos se han publicado en Nature Communications.
A principios de la década de 1980, Richard Feynman se preguntó si era posible modelar la naturaleza con precisión utilizando un ordenador clásico. Su respuesta fue: No. El mundo está formado por partículas fundamentales, descritas por los principios de la física cuántica. El crecimiento exponencial de las variables que deben incluirse en los cálculos lleva al límite incluso a los superordenadores más potentes. En su lugar, Feynman sugirió utilizar un ordenador que estuviera a su vez formado por partículas cuánticas. Con su visión, Feynman es considerado por muchos el Padre de la Computación Cuántica. Científicos del Forschungszentrum Jülich, junto con colegas de instituciones eslovenas, han demostrado ahora que esta visión puede llevarse realmente a la práctica. La aplicación que estudian es el llamado sistema de muchos cuerpos. Estos sistemas describen el comportamiento de un gran número de partículas que interactúan entre sí. En el contexto de la física cuántica, ayudan a explicar fenómenos como la superconductividad o las transiciones cuánticas de fase en el cero absoluto. A una temperatura de 0 Kelvin, en lugar de fluctuaciones térmicas, sólo se producen fluctuaciones cuánticas cuando cambia un parámetro físico como el campo magnético.
"Uno de los retos de la investigación de materiales cuánticos es medir cuantitativamente y modelizar las transiciones de fase de los sistemas multicuerpo", explica Dragan Mihailović, del Instituto Jožef Stefan de Eslovenia. En este estudio, los científicos investigaron el material cuántico 1T-TaS2, que se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como la electrónica superconductora y los dispositivos de almacenamiento energéticamente eficientes. Jaka Vodeb, del Centro de Supercomputación de Jülich, describe así el método: "Hemos colocado el sistema en un estado de no equilibrio y hemos observado cómo se reorganizan los electrones en la red de estado sólido tras una transición de fase de no equilibrio, tanto experimentalmente como mediante simulaciones".
Todos los cálculos se realizaron utilizando el recocido cuántico de la empresa D-Wave, que está integrado en la Infraestructura Unificada de Computación Cuántica de Jülich, JUNIQ.
Una contribución a la eficiencia energética
Los investigadores pudieron modelizar con éxito el paso de una dinámica dominada por la temperatura a otra dominada por fluctuaciones cuánticas ruidosas. Además, los científicos demostraron que las interconexiones de qubits del recocido cuántico pueden reflejar directamente las interacciones microscópicas entre electrones en un material cuántico. Sólo hay que modificar un parámetro del recocido cuántico. El resultado concuerda estrechamente con los hallazgos experimentales.
Pero la investigación también tiene aplicaciones prácticas. Por ejemplo, un conocimiento más profundo de los dispositivos de memoria basados en 1T-TaS2 puede conducir a un dispositivo práctico de memoria cuántica, implementado directamente en una unidad de procesamiento cuántico (QPU). Tales dispositivos pueden contribuir al desarrollo de dispositivos electrónicos energéticamente eficientes, reduciendo así significativamente el consumo de energía de los sistemas informáticos.
Los recocidos cuánticos en la práctica
La investigación pone de relieve el potencial de los recocidos cuánticos para resolver problemas prácticos, allanando el camino para su aplicación más amplia en diversos campos como la criptografía, la ciencia de los materiales y las simulaciones de sistemas complejos. Además, los resultados tienen implicaciones directas para el desarrollo de dispositivos de memoria cuántica energéticamente eficientes.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Jaka Vodeb, Michele Diego, Yevhenii Vaskivskyi, Leonard Logaric, Yaroslav Gerasimenko, Viktor Kabanov, Benjamin Lipovsek, Marko Topic, Dragan Mihailovic; "Non-equilibrium quantum domain reconfiguration dynamics in a two-dimensional electronic crystal and a quantum annealer"; Nature Communications, Volume 15, 2024-6-6
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