Este año marca un siglo desde el descubrimiento de la mecánica cuántica. Ese avance ayudó a las personas a comprender que las leyes de la física que gobiernan el mundo que nos rodea en su nivel más pequeño (moléculas, átomos y partículas subatómicas) son fundamentalmente diferentes de las leyes que rigen la forma en que interactuamos con los objetos en nuestra vida cotidiana. Quantum Mechanics nos ha permitido comprender los detalles de todo, desde los procesos metabólicos en nuestros torrentes sanguíneos hasta las baterías eléctricas que alimentan nuestros automóviles y computadoras, y los descubrimientos desde láseres hasta semiconductores.
La mecánica cuántica transformó la forma en que entendemos el mundo natural, y sin embargo, no fue hasta 1981 que el reconocido físico Richard Feynman observó que, dado que el mundo es cuántico, si realmente quisiéramos una computadora para simular eficientemente todo el mundo natural, la humanidad probablemente tendría que construir una computadora cuántica.
Durante más de una década de avances científicos, Google ha progresado considerable hacia nuestra visión de construir computadoras cuánticas a gran escala y corregidas por error que pueden resolver problemas imposibles de otro modo. Para celebrar el Día Mundial de la Quantum, exploremos tres áreas donde las computadoras cuánticas podrían mejorar las vidas.
1. Mejor medicina
Los investigadores aún tienen mucho que aprender sobre los complejos sistemas biológicos del cuerpo humano, y las computadoras cuánticas pueden ayudarnos a obtener una comprensión más profunda, como ayudar a comprender los sistemas clave relacionados con el diseño de medicamentos y nuestro metabolismo. Al calcular cómo ciertos candidatos a los medicamentos interactuarán con sus objetivos y otras moléculas biológicas, las computadoras cuánticas pueden ayudarnos a diseñar tratamientos más efectivos y avanzar en la medicina. Como ejemplo, en colaboración con la compañía farmacéutica Boehringer Ingelheim, hemos se muestra que las computadoras cuánticas podrán simular una estructura clave del citocromo P450, una enzima que se encuentra en los humanos, con mayor precisión en menos tiempo que las computadoras clásicas. El citocromo P450 es una enzima crítica para determinar la efectividad del fármaco, porque descompone los medicamentos en nuestro torrente sanguíneo.
2. Mejores baterías
La necesidad del mundo de energía, y la capacidad de almacenarla, está creciendo cada año. Estamos investigando la forma en que las computadoras cuánticas podrán ayudar a diseñar nuevos materiales. Por ejemplo, tenemos exploradoen colaboración con la compañía química BASF, que las computadoras cuánticas podrán simular con precisión el óxido de níquel de litio (LNO), un material utilizado en las baterías. El LNO es difícil de producir industrialmente y los aspectos de su química no se entienden bien, pero ofrece una huella ambiental más pequeña que el óxido de cobalto de litio comúnmente utilizado, e incluso hemos explorado alternativas al uso de cobalto en las baterías. Simular el comportamiento mecánico cuántico de LNO podría mejorar el proceso de producción industrial y, en última instancia, ayudarnos a hacer mejores baterías.
3. Nuevas fuentes de energía
Fusion Energy, la fuente de energía de las estrellas, ofrece la promesa de energía limpia y abundante, pero aún no se ha realizado a escala. El diseño de los reactores necesarios se basa en modelos computacionales para comprender los materiales en condiciones de fusión extremas. Sin embargo, los modelos actuales carecen de precisión, a menudo no coinciden con los resultados del mundo real y exigen miles de millones de horas de CPU. En Colaboración con Sandia National Laboratoriesnuestros investigadores presentado que un algoritmo cuántico se ejecuta en una computadora cuántica tolerante a fallas podría simular de manera más eficiente los mecanismos necesarios para reacciones de fusión sostenidas, lo que podría ayudar a hacer realidad la energía de la fusión.
Este tipo de progreso en medicina y energía sería un gran salto, y sin embargo, solo puede rascar la superficie de lo que podría ser posible con la computación cuántica. Dada la complejidad de esta tecnología, podría resolver problemas Aún no sabemos cómo preguntar. Pero darse cuenta de que todo el potencial de la computación cuántica requiere progreso en toda la pila, incluida la construcción y escala de mejores qubits; Mejora de la corrección de errores cuánticos; Desarrollar nuevos algoritmos cuánticos y aplicarlos al mundo real. Nadie puede hacer esto solo, por lo que continuaremos trabajando con socios en la academia, la industria y el sector público para crear el sistema de computación cuántica más avanzado del mundo.
