Se ha establecido una hoja de ruta para la dirección futura de la simulación cuántica en un artículo en coautoría de la Universidad de Strathclyde.
Las computadoras cuánticas son dispositivos enormemente poderosos con una capacidad de velocidad y cálculo que está mucho más allá del alcance de la computación clásica o binaria. En lugar de un sistema binario de ceros y unos, opera a través de superposiciones, que pueden ser ceros, unos o ambos al mismo tiempo.
El desarrollo en continua evolución de la computación cuántica ha llegado al punto de tener una ventaja sobre las computadoras clásicas para un problema artificial. Podría tener futuras aplicaciones en una amplia gama de áreas. Una clase prometedora de problemas involucra la simulación de sistemas cuánticos, con aplicaciones potenciales como el desarrollo de materiales para baterías, catálisis industrial y fijación de nitrógeno.
El artículo, publicado en Naturaleza, explora las posibilidades a corto y mediano plazo de la simulación cuántica en plataformas analógicas y digitales para ayudar a evaluar el potencial de esta área. Ha sido coescrito por investigadores de Strathclyde, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, la Universidad Ludwig Maximilians de Múnich, el Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Múnich, la Universidad de Innsbruck, el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca. de Ciencias y Microsoft Corporation.
El profesor Andrew Daley, del Departamento de Física de Strathclyde, es el autor principal del artículo. Él dijo: «Ha habido una gran cantidad de avances emocionantes en la simulación cuántica analógica y digital en los últimos años, y la simulación cuántica es uno de los campos más prometedores del procesamiento de información cuántica. Ya es bastante maduro, tanto en términos de desarrollo de algoritmos , y en la disponibilidad de experimentos de simulación cuántica analógica significativamente avanzados a nivel internacional.
«En la historia de la computación, la computación analógica clásica y la digital coexistieron durante más de medio siglo, con una transición gradual hacia la computación digital, y esperamos que suceda lo mismo con el surgimiento de la simulación cuántica.
«Como siguiente paso en el desarrollo de esta tecnología, ahora es importante discutir la ‘ventaja cuántica práctica’, el punto en el que los dispositivos cuánticos resolverán problemas de interés práctico que no son manejables para las supercomputadoras tradicionales.
«Muchas de las aplicaciones a corto plazo más prometedoras de las computadoras cuánticas caen bajo el paraguas de la simulación cuántica: modelar las propiedades cuánticas de partículas microscópicas que son directamente relevantes para comprender la ciencia moderna de los materiales, la física de alta energía y la química cuántica.
«La simulación cuántica debería ser posible en el futuro en computadoras cuánticas digitales tolerantes a fallas con más flexibilidad y precisión, pero también se puede hacer hoy para modelos específicos a través de simuladores cuánticos analógicos de propósito especial. Esto sucede de manera análoga al estudio. de la aerodinámica, que puede llevarse a cabo en un túnel de viento o a través de simulaciones en una computadora digital. Donde la aerodinámica a menudo usa un modelo a menor escala para comprender algo grande, los simuladores cuánticos analógicos a menudo toman un modelo a mayor escala para comprender algo aún más pequeño.
«Los simuladores cuánticos analógicos ahora están pasando de proporcionar demostraciones cualitativas de fenómenos físicos a proporcionar soluciones cuantitativas para problemas nativos. Un camino particularmente emocionante a corto plazo es el desarrollo de una gama de simuladores cuánticos programables que combinan técnicas digitales y analógicas. Esto es muy bueno potencial porque combina las mejores ventajas de ambos lados al hacer uso de las operaciones analógicas nativas para producir estados altamente entrelazados».
La Universidad de Strathclyde y todos los socios de este artículo de perspectiva tienen grandes programas activos que involucran teoría de arquitecturas y algoritmos, así como el desarrollo de plataformas para simulación cuántica analógica y computación cuántica digital. Los socios han estado colaborando como parte del proyecto insignia PASQuanS de Horizon 2020 EU Quantum Technologies. En Strathclyde, la investigación en esta área está fuertemente integrada en el programa nacional de tecnología cuántica del Reino Unido y ha recibido una financiación sustancial de Investigación e Innovación del Reino Unido.
Un clúster de tecnología cuántica está integrado en el distrito de innovación de la ciudad de Glasgow, una iniciativa impulsada por Strathclyde junto con el Ayuntamiento de Glasgow, Scottish Enterprise, Entrepreneurial Scotland y la Cámara de Comercio de Glasgow. Se concibe como un lugar global para la industrialización cuántica, que atrae a las empresas para que coubiquen, aceleren el crecimiento, mejoren la productividad y accedan a tecnología de investigación y talento de clase mundial en Strathclyde.
La Universidad de Strathclyde es la única institución académica que ha sido socia en los cuatro Quantum Technology Hubs financiados por EPSRC en ambas fases de financiación. Los Hubs están en: Detección y Temporización; Imágenes mejoradas cuánticas; Computación y Simulación Cuántica, y Tecnologías de Comunicaciones Cuánticas.
