Um computador quântico simulou a maior molécula de todos os tempos com a ajuda de

Uma das aplicações mais promissoras para computadores quânticos é a simulação de proteínas que poderiam ajudar a descobrir novos medicamentos, mas estes dispositivos são atualmente propensos a erros e inadequados para esse fim. Mas com a ajuda de supercomputadores, dois computadores quânticos quebraram o recorde de simulação ao determinar as propriedades de uma molécula com 12.635 átomos.

Compreender o comportamento de uma molécula de droga requer a determinação do estado quântico e da energia de seus elétrons, um problema quântico que muitas vezes só pode ser resolvido aproximadamente usando computadores convencionais.

Um estudo conjunto realizado por pesquisadores da Clínica Cleveland em Ohio, da empresa de tecnologia norte-americana IBM e do Instituto Japonês de Ciência e Tecnologia concentrou-se em computadores quânticos que “falam” física quântica por padrão. Eles desenvolveram uma abordagem híbrida que combina um computador quântico com um supercomputador clássico e a usou para simular duas grandes moléculas sem precedentes. Um deles era cerca de 40 vezes maior do que a maior molécula já simulada em um computador quântico.

“Este era o meu sonho e aqui estamos”, diz membro da equipe Kenneth Mertz Na Clínica Cleveland.

Os pesquisadores usaram dois computadores quânticos IBM Heron na RIKEN e na Cleveland Clinic, bem como dois supercomputadores chamados Fugaku e Miyabi-G, que estão entre os mais poderosos do mundo. Para as moléculas, a equipe de pesquisa escolheu duas combinações: uma proteína e uma molécula pequena, ou um “complexo proteína-ligante”. Merz diz que é bem estudado e popular como exemplo biomédico básico. A equipe também os simulou em uma camada de água, resultando em resultados que imitam de perto a forma como os pesquisadores trabalham com moléculas no laboratório.

Atualmente, os computadores quânticos por si só têm utilidade limitada porque o seu tamanho relativamente pequeno limita o seu poder computacional e os torna propensos a erros. Assim, a equipe dividiu o trabalho de simulação molecular entre quatro máquinas, usando o computador quântico apenas para calcular propriedades específicas de alguns pedaços da molécula. A saída foi então passada para um supercomputador, e todo o cálculo foi enviado entre os dois computadores durante um período de mais de 100 horas. Ainda assim, a equipe disse acreditar que o processo foi mais rápido do que seria sem o hardware quântico. Jerry Chow Na IBM. A simulação também estimou a energia mais baixa da molécula com uma precisão comparável à de métodos mais padronizados, embora ainda não seja claramente superior.

Liu Jun Yu Uma equipe de pesquisa da Universidade de Pittsburgh, na Pensilvânia, diz que isso oferece um passo prático em direção a algo que tem sido difícil de alcançar: computação quântica útil usando hardware do mundo real. Ele acrescentou: “A escala do experimento é realmente impressionante”.

Liu também disse que mesmo antes de os computadores quânticos se tornarem à prova de erros, novas abordagens precisam ser incentivadas como formas de tornar os computadores quânticos úteis. Mas ele diz que ainda é uma questão em aberto se é possível provar matematicamente com rigor que há casos em que métodos híbridos garantem sempre um desempenho superior, ou vantagem quântica.

Chow disse que embora a pesquisa atual mostre que o hardware quântico pode ser melhor em alguns cálculos, o novo registro da simulação não é definitivo e é apenas um primeiro passo. “Há uma onda de expansão dos limites do que pode ser feito”, diz ele. “O que é emocionante para mim é que é apenas o começo.”