Científicos usan la computación cuántica para encontrar señales de vida en otros planetas

La computación cuántica se está utilizando en muchos campos de investigación para ayudar a los científicos en su labor. Un ejemplo de ello, según Zdnet, es el uso que están haciendo de ella en la Universidad de Hull, en el Reino Unido, para explorar el universo en busca de señales de vida en otros planetas. Para ello, los científicos encargados del experimento han llegado a un acuerdo con Zapata Computing, una empresa que ofrece servicios de computación cuántica.

Gracias al acuerdo, los investigadores van a utilizar herramientas de computación cuántica para tener más facilidades en la detección de moléculas en el espacio exterior que pudieran ser precursoras de una vida. El experimento va a durar ocho semanas, y en el transcurso de las mismas, van a combinarse recursos de informática convencional con otros de computación cuántica, con el fin de contar con más facilidades para efectuar cálculos complejos con mayor precisión. Todo con el objetivo de descubrir si la computación cuántica podría proporcionar un impulso útil al mundo de la astrofísica, que en la actualidad está limitada por la tecnología.

La detección de vida en el espacio es una tarea muy complicada, y se basa en la localización de evidencia de moléculas que pueden tener el potencial de generar y sostener la vida. Y dado que los científicos no tienen los medios necesarios para ir y observar las moléculas por si mismos, tienen que utilizar métodos alternativos para ello.

Habitualmente, la astrofísica suele prestar atención a la luz, que se puede analizar a través de telescopios, porque en el espacio exterior la luz interactúa con frecuencia con moléculas. Y cuando lo hace, las partículas vibran, rotan y absorben algo de luz, lo que deja una firma especial en los datos de espectro que pueden descubrir los investigadores. Por tanto, lo que tienen que hacer los investigadores es detectar estar firmas y rastrearlas hasta dar con las moléculas a las que corresponden.

Pero para conseguirlo tienen un problema. Los científicos del MIT hace un tiempo que establecieron que localizar más de 14.000 moléculas en la atmósfera de un exoplaneta pueden indicar que hay signos de vida. Esto implica que todavía queda mucho por hacer antes de que los astrofísicos hayan diseñado una base de datos de todas las formas que estas moléculas pueden interactuar con la luz de todas las maneras que deberían estar buscándolas cuando apuntan con sus telescopios a otros planetas.

Aquí es donde entra la computación cuántica, y el desafío que se han planteado los científicos de la Universidad de Hull, ya que su Centro de Astrofísica está, en efecto, intentando desarrollar una base de datos de firmas biológicas detectables. De hecho, llevan intentando predecir estar firmas utilizando métodos tradicionales más de dos décadas y claro, se estaban quedando sin fuerzas para seguir, lo que ha evitado la computación cuántica.

Así, los investigadores siguen con su trabajo, y han llevado a cabo cálculos que implican la descripción exacta de cómo interactúan los electrones unos con otros en el seno de una molécula de interés. Según David Benoit, Profesor de física molecular y astroquímica de la Universidad de Hull, «en ordenadores clásicos, podemos describir las interacciones, pero el problema es que estamos ante un algoritmo factorial, que implica que cuantos más electrones tienes, más rápido va a crecer tu problema. Podemos trabajar con dos átomos de hidrógeno, por ejemplo, pero para cuando tienes algo más grande, como el CO2, te pones nervioso porque incluso utilizando un superordenador ves que no tienen bastante memoria o poder de computación«.

Por eso, la simulación de estas interacciones con métodos clásicos implica, en muchos casos, que se pierde precisión. Pero como dice Benoit, nadie quiere ser el que asegura haber detectado vida en un exoplaneta cuando se trata de otra cosa.

A diferencia de los ordenadores convencionales, los sistemas cuánticos están desarrollados según los principios de la mecánica cuántica, que se basan en el comportamiento de partículas que se llevan a su menor escala. Es decir, según los mismos principios que se rigen los electrones y los átomos en una molécula. Esto hizo que Benoit llegase a Zapata con una idea: utilizar los ordenadores cuánticos para solucionar el problema cuántico de la vida en el espacio.

Los ordenadores cuánticos, por su naturaleza, podrían permitir cálculos precisos de los patrones que definen el comportamiento de sistemas cuánticos complejos, como moléculas, sin tener que utilizar toda la potencia de computación que necesitaría una simulación clásica. Los datos que se extraen de los cálculos cuánticos sobre el comportamiento de los electrones puede combinarse con métodos clásicos para simular la firma de moléculas de interés en el espacio cuando entran en contacto con la luz.

Eso sí, los ordenadores cuánticos que están disponibles en la actualidad para llevar a cabo este tipo de cálculo son limitados, ya que la mayoría de sistemas no sobrepasan el conteo de 100 qubits, lo que no es suficiente para modelar moléculas muy complejas. Pero esto no ha desanimado a los investigadores de la Universidad de Hull, que según Benoit van a «coger algo pequeño y extrapolar el comportamiento cuántico de este sistema pequeño al real. Podemos utilizar los datos que conseguimos de algunos qubits porque sabemos que los datos son exactos. Después podemos extrapolar«·

Esto no quiere decir que ha llegado la hora de deshacerse de los superordenadores del centro, ya que según Benoit, el programa acaba de empezar, y durante las próximas ocho semanas, los investigadores descubrirán si es posible extraer esta física exacta a pequeña escala gracias a un ordenador cuántico, para ayudar en los cálculos a gran escala. Si el proyecto tiene éxito podría convertirse en un caso de uso temprano para la computación cuántica, uno que podría demostrar la utilidad de la tecnología a pesar de sus limitaciones técnicas actuales.