Simulação de moléculas em computadores quânticos

• Processo: 23/18240-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física
• Pesquisador responsável: Celso Jorge Villas-Bôas
• Beneficiário: Matheus da Silva Fonseca
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 22/00209-6 - Tecnologias quânticas de segunda geração, AP.TEM
• Assunto(s): Computação quântica Molécula Simulação quântica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: computação quântica | Molécula de hidrogênio | Moléculas | Simulação quântica | Variational Quantum Eigensolver | Simulações Quânticas

Resumo

Desde a primeira idealização de um computador quântico por Richard Feynman em 1982, os estudos em computação quântica se espalharam tanto no meio acadêmico quanto industrial, com um aumento notável nos últimos anos. Entre suas mais diversas aplicações, uma de bastante interesse para áreas como química, farmácia e ciência do materiais são as simulações quânticas. Essas consistem em simular um sistema de interesse (simulado) de difícil controle ou preparação a partir de um outro sistema (simulador) que seja mais fácil de trabalhar, por meio de um mapeamento das propriedades do simulado no simulador. Existem diversos métodos para realizar simulações quânticas, com diferentes objetivos. Neste trabalho, que será uma continuação do projeto de Iniciação Científica desenvolvido pelo estudante durante sua graduação, trabalharemos com o Variational Quantum Eigensolver (VQE), que vem se mostrado bastante eficiente para a obtenção da energia do estado fundamental de átomos e moléculas. Como forma de aplicação do método, espera-se obter a energia do estado fundamental de uma molécula de hidrogênio. Investigaremos então como a complexidade total (tanto em largura quanto em profundidade) escala com o tamanho do sistema a ser simulado, visando então obter um detalhamento dos requisitos necessários para se obter vantagem quântica real. Também será possível testar experimentalmente os resultados obtidos utilizando uma plataforma de íons aprisionados do grupo liderado pelo Prof. Dr. Thomas Monz, da Universidade de Innsbruck e nos computadores quânticos da IBM, de acesso livre.Por fim, espera-se que esse trabalho sirva de base para nosso grupo aplicar o VQE em sistemas mais complexos e para podermos fazermos estimativas reais sobre os requisitos necessários para possíveis vantagens quânticas, nos permitindo assim ter maior clareza de quão perto (longe) estamos de aplicações práticas de simuladores quânticos.