Ver lo invisible mediante simulador
Un trabajo realizado en el Departamento de Química Física de la UPV ha permitido desarrollar simuladores cuánticos que simulan con precisión el comportamiento de complejos sistemas físicos (moléculas químicas o partículas relativistas). A través de ellos se han descrito la estabilidad de átomos y moléculas, la reactividad de compuestos químicos y el resultado de la interacción entre radiación y materia, entre otros.
Todas estas situaciones constituyen la base de nuestro mundo físico y no pueden aparecer en el ámbito de la física clásica. “Los procesos físicos que se producen a nivel cuántico se deben a modelos matemáticos muy sofisticados que no se pueden investigar con ordenadores actuales debido a sus limitaciones computacionales”, explica el doctor Jorge Casanova, investigador del Departamento de Química Física de la UPV. Los investigadores de la UPV han utilizado los simuladores cuánticos como solución a la limitación computacional, capaces de recrear la dinámica de un determinado sistema físico, superando los límites de los ordenadores tradicionales.
Básicamente, el funcionamiento de estos sistemas consiste en aislar los átomos aislados en un medio controlado para evitar interferencias con el entorno. Después, a través de los láseres, se realizan diversas operaciones, como excitar o desactivar los electrones de estos átomos. “De esta manera conseguimos que actúe como el sistema que queremos investigar”, explica Casanova.
Durante el estudio se han diseñado protocolos de simulación cuántica para diferentes situaciones físicas. Por ejemplo, construyeron un simulador de sistemas relativistas para simular partículas que se desplazan a la velocidad de la luz, “actuando como si los iones inmóviles estuvieran en movimiento a la velocidad de la luz”. También se han propuesto simuladores de fermiones y sistemas de bosones en interacción. “Este paso es muy importante —explica Casanova— porque son dos tipos de partículas en la naturaleza”: en los átomos, por ejemplo, los electrones son fermiones, y los bosones, protones y neutrones, o fotones. “Conocemos bien las ecuaciones que describen la dinámica de estos sistemas, pero no podemos resolverlas porque son muy complejas”, afirma.
La información que ofrecen los simuladores es “muy interesante” desde el punto de vista tecnológico, según Casanova. Aunque todavía están en sus inicios, “yo creo que en 5-10 años seremos capaces de desarrollar moléculas específicas de determinados procesos como la absorción de energía solar, así como de diseñar materiales y medicamentos. Cuando llegamos a comprender sistemas complejos, podremos predecir cómo van a actuar y diseñar una nueva tecnología basada en ese conocimiento”.
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