El entusiasmo reciente en torno a las computadoras cuánticas a menudo destacó su potencial para revolucionar la química cuántica, acelerando el descubrimiento de fármacos, la ciencia de materiales y más. Sin embargo, un nuevo análisis sugiere que este camino puede ser mucho más desafiante de lo que se creía anteriormente. Si bien la computación cuántica ha avanzado rápidamente, persiste la cuestión de qué aplicaciones justificarán realmente la enorme inversión.
La promesa y la realidad
La idea central era lógica: los ordenadores cuánticos destacan por manejar muchas partículas cuánticas simultáneamente (como los electrones en las moléculas), lo que los hace ideales para cálculos complejos de energía molecular. Este es un problema con el que luchan las computadoras clásicas, ya que la demanda computacional crece exponencialmente con el tamaño de la molécula. Sin embargo, una nueva investigación indica que dos de los principales algoritmos cuánticos pueden tener un uso práctico limitado.
Ruido y tolerancia a fallos: un callejón sin salida
Los investigadores dirigidos por Xavier Waintal del CEA Grenoble examinaron tanto ordenadores cuánticos ruidosos de escala intermedia (NISQ) como máquinas hipotéticas tolerantes a fallos. Para los dispositivos NISQ, el algoritmo Variational Quantum Eigensolver (VQE) puede calcular los niveles de energía molecular, pero sólo si el “ruido” cuántico (errores) se suprime en un grado poco práctico. Esencialmente, para que VQE sea competitivo con los algoritmos de química clásica, se necesitaría una computadora cuántica casi libre de errores, que aún no existe.
La alternativa, la Estimación de Fase Cuántica (QPE), es prometedora para máquinas tolerantes a fallas, pero sufre lo que los investigadores llaman la “catástrofe de la ortogonalidad”. Esto significa que a medida que las moléculas crecen, la probabilidad de calcular con precisión sus niveles de energía más bajos cae exponencialmente. Incluso con las computadoras cuánticas ideales, la QPE solo será efectiva en un rango limitado de casos.
Implicaciones y alternativas
Según Thibaud Louvet de Quobly, la viabilidad de la QPE debería verse como un punto de referencia de madurez cuántica, no como una herramienta química convencional. George Booth del King’s College de Londres, que no participó en el estudio, está de acuerdo: “Es fácil exagerar las perspectivas de las computadoras cuánticas… Este estudio arroja dudas sobre si la química cuántica es realmente una victoria tan rápida”.
A pesar de este revés, las computadoras cuánticas todavía tienen potencial en química. Un área prometedora es la simulación de cómo responden los sistemas químicos a las perturbaciones (como la luz láser), lo que puede resultar más accesible que los cálculos de energía pura.
El estudio destaca que el camino hacia la supremacía cuántica en la química es significativamente más complejo de lo que se esperaba inicialmente, lo que obliga a reevaluar las prioridades de inversión en este campo.
