Una delle domande più frequenti riguardo ai computer quantistici riguarda la loro utilità: quando diventeranno realmente utili? Se si parla con esperti del settore, la risposta che si ottiene spesso si traduce in un'altra domanda: utili per cosa? La computazione quantistica può essere applicata a una vasta gamma di problemi, alcuni più complessi di altri. I primi sviluppi utili si registreranno per i problemi meno complessi, ma ci vorranno ulteriori progressi hardware prima di affrontare le sfide più impegnative.
L'importanza della simulazione nei catalizzatori
Uno degli ambiti in cui i computer quantistici potrebbero risultare più efficaci riguarda la modellizzazione del comportamento di catalizzatori semplici. Gli elettroni di questi catalizzatori, elementi fondamentali per la loro attività chimica, seguono le regole della meccanica quantistica, permettendo così un'esplorazione relativamente semplice tramite un computer quantistico. Tuttavia, comprendere effettivamente come funzioneranno queste simulazioni e quali siano i limiti del hardware necessario è tutt’altro che banale. Attualmente, si stima che occorrano almeno 100 qubit corretti per errori per poter eseguire simulazioni utili.
Recentemente, la rivista Nature Physics ha pubblicato un articolo che illustra come simulare alcuni aspetti dei catalizzatori semplici utilizzando computer quantistici, suggerendo metodi per semplificare notevolmente i calcoli. I miglioramenti algoritmici risultati suggeriscono che potremmo non dover attendere la correzione degli errori per avviare simulazioni pratiche.
La complessità degli spin quantistici
Il comportamento di un catalizzatore dipende strettamente dagli elettroni e dal loro spin, che può essere orientato verso l’alto o verso il basso. Quando due elettroni condividono un orbitale, presentano spin opposti, neutralizzando come effetto il loro impatto. Tuttavia, molte reazioni chimiche coinvolgono elettroni spaiati, ossia quegli elettroni dotati di uno spin che potrebbe essere definito "esposto". Questi spin influenzano i livelli di energia accessibili e interagiscono con spin spaiati presenti in altre parti della molecola.
Il comportamento dello spin è una proprietà quantistica e presenta molteplici complessità. Maggiore è il numero di spin spaiati in una molecola, più intricate diventano le interazioni tra di essi. Di conseguenza, prevedere gli spin di un composto come un catalizzatore diventa rapidamente un compito computazionalmente inaffrontabile, richiedendo un hardware avanzato per effettuare delle simulazioni precise.
I recenti progressi nella ricerca evidenziano che, sebbene la computazione quantistica sia ancora in fase di sviluppo e le applicazioni pratiche siano in fase di definizione, ci sono già indicazioni che suggeriscono che il futuro possa riservare sorprese e opportunità nel campo della chimica e oltre. Sono necessari ulteriori studi per comprendere come sfruttare al meglio queste potenzialità e determinare il reale valore utilitario della tecnologia quantistica.