Algoritmos cuantios

Una dificultad adicional para que se convierta en realidad la gran potencialidad de la computación cuántica, está en la necesidad de desarrollar familias de Algoritmos Cuánticos (AC) eficientes para sistemas moleculares concretos compatibles con el tipo de (CC) utilizada.

Los (AC) que es necesario desarrollar, son muy diferentes de los tradicionales; resuelven en forma polinómica las ecuaciones diferenciales planteadas en la resolución de la ecuación de Schrodinger, en lugar de en la forma exponencial que utilizan los algoritmos tradicionales.

Con la utilización de las (CC) y de los (AC), se podrán determinar, de modo muy aproximado, los autovalores de la energía y las autofunciones de onda asociadas de los sistemas moleculares.

Con el uso de los nuevos (CC) y con el desarrollo de nuevos algoritmos cuánticos adecuados (AC) será posible, en un futuro no lejano, aplicar la química/física cuántica computacional a sistemas de gran tamaño, que contengan muchos electrones y de mayor complejidad, que esten en estados no excitados o excitados.

Los (AC) que se desarrollen, deberán poder ser utilizados por los (CC) de modo eficiente y demostrar que sus prestaciones, rebasan las prestaciones de los algoritmos utilizados por la computación clásica; esto no se ha conseguido demostrar por el momento.

Recientemente se ha realizado una utilización conjunta de un ordenador clásico y un ordenador cuántico con relativamente pocos qubits, para resolver la molécula de hidrógeno H2 en estado fundamental y en estado excitado, empleando un algoritmo cuántico variacional (Variational Quantum Eigensolve (VQE); Collers et al 2018.

Los cálculos computacionales cuánticos permitirán determinar con muy superior eficiencia y precisión, la correlación electrónica de sistemas moleculares más complejos y de mayor tamaño.

El tratamiento más potente y completo de la correlación electrónica obtendrá con mayor exactitud, la estructura electrónica y la energía total de los sistemas moleculares en estado fundamental o en estado excitado.

La problemática principal actual que plantea el desarrollo de la computación cuántica, puede resumirse en los siguientes aspectos:

• a) Conseguir un funcionamiento cuántico total estable en el tiempo (coherencia del comportamiento cuántico), en el que coincídan la Superposición de Estados y el Entrelazamiento.

• b) Poder añadir a las computadoras cuánticas el número necesario de qubits operativos, que mantengan un comportamiento coherente durante el tiempo de cálculo que necesite la computación.

• c) Reducir el ruido y las vibraciones de fondo que produce el funcionamiento del conjunto de qubits operativos, a niveles que eviten la decoherencia cuántica.

• d) Asegurar que el conjunto de qubits operativos esté a una temperatura estable muy próxima al cero absoluto.

• e) Conseguir el aislamiento de las computadoras cuánticas de ruidos, vibraciones, luz y campos magnéticos procedentes de su entorno.

• f) Desarrollar familias de algoritmos cuánticos específicos para cada sistema molecular, compatibles con cada tipo de computadora cuántica utilizada, de manera que realicen simulaciones satisfactorias que no pueden ser realizadas con los algoritmos tradicionales; además, los algoritmos cuánticos tienen que aportar soluciones de computación a aplicaciones prácticas complejas de interés científico y técnico, que no sean posibles de obtener con la computación clásica.

• g) Optimizar el diseño, el tamaño, la fabricación y el funcionamiento de las computadoras cuánticas.

• h) Desarrollar mecanismos de corrección de los errores producidos por la decoherencia cuántica

A más largo plazo podría plantearse el objetivo de desarrollar computadoras tradicionales, que puedan simular un funcionamiento en modo cuántico.

• La "supremacía cuántica real podrá ser alcanzada, cuando se consiga que: un conjunto suficiente de qubits operativos interconectados entre sí y dependientes unos de otros e instalados en una computadora cuántica, operen en modo cuántico real estable en el tiempo, de manera que se produzcan los efectos cuánticos simultáneos de la Superposición Electrónica y del Entrelazamiento; debe quedar demostrado que la computación cuántica es capaz de realizar cálculos numéricos fiables y eficientes en aplicaciones prácticas.

Emulador de algoritmos cuánticos

https://ibmquantumawards.bemyapp.com/#/event

Enlaces de ingteres:

https://learn.microsoft.com/es-es/azure/quantum/user-guide/libraries/standard/algorithms

https://www.technologyreview.es/g/algoritmos-cuanticos

https://qubit.lncc.br/files/AQB.pdf