Un equipo colaborativo de investigadores ha logrado un hito importante en la química computacional: simular las propiedades de una molécula que contiene 12.635 átomos. Este avance no se logró mediante una computadora cuántica independiente, sino mediante un enfoque híbrido que aprovecha las fortalezas únicas de los procesadores cuánticos y las supercomputadoras convencionales.
Este desarrollo marca un paso fundamental hacia el uso de la computación cuántica para el descubrimiento de fármacos. Si bien las computadoras cuánticas son teóricamente ideales para modelar los complejos estados cuánticos de los electrones en las proteínas, actualmente carecen de la estabilidad y la escala para manejar tales tareas por sí solas. Al combinar recursos, el equipo demostró que el progreso práctico es posible incluso con el hardware imperfecto actual.
El enfoque híbrido para resolver problemas cuánticos
La simulación de moléculas de fármacos requiere calcular los estados cuánticos precisos y las energías de sus electrones. En las computadoras clásicas, estos cálculos suelen ser aproximaciones que luchan con la complejidad. Los ordenadores cuánticos, que funcionan según los principios de la mecánica cuántica, son naturalmente adecuados para este trabajo. Sin embargo, los dispositivos cuánticos actuales son pequeños y propensos a errores, lo que limita su utilidad independiente.
Para superar estas limitaciones, investigadores de la Clínica Cleveland, IBM y el instituto japonés RIKEN desarrollaron un flujo de trabajo híbrido. Dividieron la carga computacional entre dos computadoras cuánticas IBM Heron y dos de las supercomputadoras más poderosas del mundo, Fugaku y Miyabi-G.
El proceso implicó un sofisticado intercambio de ida y vuelta:
* Computadoras cuánticas: Manejó cálculos complejos y específicos para fragmentos de la molécula.
* Supercomputadoras: Procesó los datos estructurales más amplios e integró los resultados.
Este esfuerzo de colaboración duró más de 100 horas y dio como resultado una simulación de dos “complejos proteína-ligando”, combinaciones de una proteína y una molécula pequeña que son fundamentales para la investigación biomédica. El equipo también simuló las moléculas en una capa de agua, añadiendo una capa de realismo que refleja las condiciones del laboratorio.
Por qué esto es importante: cerrar la brecha hacia el uso práctico
La molécula simulada en este estudio es aproximadamente 40 veces más grande que el récord anterior de simulaciones asistidas cuánticamente. Si bien la precisión de los resultados fue competitiva con los métodos estándar en lugar de inequívocamente superior, el logro radica en su viabilidad.
“Este ha sido un sueño para mí, y aquí estamos”, dijo Kenneth Merz de la Clínica Cleveland, reflexionando sobre el objetivo de larga data de utilizar la tecnología cuántica para obtener conocimientos biomédicos.
Jerry Chow de IBM señaló que el proceso híbrido probablemente fue más rápido de lo que hubiera sido usando supercomputadoras solas, sugiriendo que el hardware cuántico ya ofrece valor para partes específicas del cálculo. Esto desafía la idea de que debemos esperar a tener computadoras cuánticas perfectas y sin errores antes de ver beneficios prácticos.
Perspectiva de expertos: progreso en medio de la incertidumbre
La comunidad científica considera este trabajo como un paso importante, aunque preliminar. Junyu Liu, de la Universidad de Pittsburgh, elogió al equipo por ofrecer “pasos prácticos hacia cálculos cuánticos útiles utilizando hardware que está realmente en uso”. Describió la escala del experimento como “realmente impresionante”.
Sin embargo, Liu también destacó una pregunta abierta: si se puede demostrar matemáticamente que este método híbrido garantiza un rendimiento superior, conocido como ventaja cuántica, en todos los casos. Por ahora, el enfoque sirve como puente, haciendo que las computadoras cuánticas sean útiles antes de que sean completamente a prueba de errores.
Como enfatizó Chow, este registro no es un punto final definitivo sino un comienzo. El campo se encuentra actualmente en una fase de ampliar los límites de lo que es posible, con desarrollos más interesantes en el horizonte.
Conclusión
Esta simulación híbrida demuestra que las computadoras cuánticas ya pueden contribuir a problemas científicos complejos cuando se combinan con supercomputadoras clásicas. Si bien la ventaja cuántica total sigue siendo un objetivo futuro, este avance demuestra que las simulaciones moleculares prácticas a gran escala están hoy al alcance de la mano.
