Con Sycamore, il super computer quantistico di Google, gli scienziati sono riusciti a simulare per la prima volta una reazione chimica di una molecola composta da 4 atomi. Tanto che in futuro i computer quantistici potrebbero aiutare a studiare e simulare nuove sostanze chimiche

Un computer quantistico è riuscito a simulare per la prima volta una reazione chimica. Il risultato è stato ottenuto da Sycamore, il super computer quantistico in mano a Google. I ricercatori hanno svolto numerose simulazioni e hanno riprodotto con accuratezza i cambiamenti della configurazione della diazina, una molecola inorganica composta da due atomi di azoto e due di idrogeno N2H2. Finora i computer quantistici hanno avuto difficoltà a simulare reazioni chimiche di molecole composte da più atomi e oggi per la prima volta gli scienziati hanno riprodotto con accuratezza il comportamento degli atomi che compongono la diazina. I risultati sono pubblicati su Science.

Computer quantistici per studiare atomi e molecole

Riuscire a prevedere le proprietà delle molecole e l’andamento delle reazioni chimiche risulta uno dei campi di maggiore interesse e uno dei principali settori di applicazione dei computer quantistici. L’idea alla base dell’esperimento è che gli atomi e molecole sono dominati dalla meccanica quantistica e per questa ragione i computer quantistici potrebbero essere uno strumento valido per riprodurre il loro comportamento e per studiare varie reazioni chimiche.

Il computer di Google Sycamore peraltro si era già distinto nel 2019 per aver ottenuto la supremazia quantistica, anche se la rivale Ibm aveva avanzato alcune perplessità sul risultato. Questo, come gli altri computer quantistici, si basa sui qubit (o bit quantistici, le unità dell’informazione quantistica) che contengono un elemento di casualità che nei bit tradizionali non c’è. In un computer classico, un bit, cioè l’unità di misura dell’informazione in un computer, può essere definito con esattezza mentre i qubit non sono determinati in maniera precisa (si possono trovare in due possibili stati) e questo conferisce l’elemento di casualità in più tipico della meccanica quantistica. Tuttavia, come sottolineano gli autori, fino ad oggi nessun computer aveva simulato reazioni chimiche con più atomi.

Un primo risultato di successo

Per la simulazione della diazina i ricercatori hanno utilizzato 12 dei 54 qubit – i bit quantistici, le unità dell’informazione quantistica – una prova molto più ampia e strutturata di tutte le precedenti.

La molecola in questione è composta da due atomi di idrogeno e oggi il computer quantistico è riuscito a descrivere i cambiamenti nella posizione di questi due atomi. La diazina, infatti, esiste in due isomeri, ovvero in due figure geometriche che hanno le stesse caratteristiche fondamentali ma differiscono per il posizionamento dell’idrogeno.

Nelle conclusioni dello studio gli autori scrivono che l’accuratezza di questo genere di esperimento e l’efficacia nel ridurre gli errori della simulazione forniscono un segnale incoraggiante di progresso in questa direzione. Inoltre, simulare reazioni più complesse non dovrebbe essere complicato, come afferma sul New Scientist Ryan Babbush, coautore della ricerca: nel caso di molecole più estese e composte da più atomi richiederà l’uso di un maggior numero di qubit e piccoli aggiustamenti di calcolo. Un giorno, aggiunge lo scienziato, potremmo forse essere in grado di sviluppare nuove sostanze chimiche attraverso le simulazioni con computer quantistici.

Fonte:  https://www.wired.it/scienza/lab/2020/08/31/prima-simulazione-reazione-chimica-computer-quantistico/

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