Uma equipe liderada pelo Dr. Kenneth Merz, do Center for Computational Life Sciences da Cleveland Clinic, demonstrou como usar computadores quânticos para estudar o comportamento de moléculas em solução aquosa.
Um dos aspectos mais importantes da química é compreender como as moléculas reagem em um determinado líquido. Por exemplo, em uma solução baseada em água, as moléculas interagem com as moléculas de água ao redor, alterando seu comportamento. Se os pesquisadores puderem prever essas mudanças no ambiente líquido, poderão desenvolver medicamentos e tratamentos mais eficazes.
Para os métodos atualmente utilizados em computadores tradicionais, calcular todas as possíveis reações e resultados de cada molécula em um solvente é uma tarefa extremamente demorada e cara. Para superar esse desafio, o laboratório de Merz realizou o primeiro estudo que demonstra, em hardware quântico real, a simulação de solvente implícito usando diagonalização quântica baseada em amostras (SQD), oferecendo uma nova abordagem para caracterizar moléculas em solução.
O artigo foi publicado em uma edição especial do Journal of Physical Chemistry e é o primeiro estudo a testar o SQD em fase de solvente. A publicação foi escolhida como matéria de capa da edição.
Para compreender o comportamento molecular em líquidos, o Dr. Merz e sua equipe utilizaram o IBM Quantum System One para executar o SQD, que seleciona “amostras” de configurações eletrônicas de uma molécula para ajudar a caracterizar sua energia. Em seguida, essas amostras são enviadas para um computador clássico para análise e seleção dos resultados mais prováveis.
Esse processo é repetido e refinado continuamente até obter a previsão mais precisa. Como parte da colaboração com a IBM, a Cleveland Clinic possui o IBM Quantum System One, o primeiro computador quântico dedicado à pesquisa em saúde.
Para validar o modelo, a equipe testou quatro moléculas polares comuns em química e biologia: metanol, etanol, metilamina e água. Cada teste utilizou até 52 qubits, alcançando precisão química inferior a 1 kcal/mol. Esses resultados demonstram que o modelo é capaz de prever energias moleculares e energias livres de solvatação.
“Este estudo representa um passo importante rumo à química quântica prática em computadores quânticos”, afirmou o Dr. Merz. “Modelos híbridos quânticos ainda são amplamente inexplorados e raramente testados em hardware quântico. Ao validarmos esse modelo diretamente em um computador quântico, mostramos seu potencial para impulsionar a pesquisa química.”
