KONPUTAZIO KUANTIKOA ETA TRADIZIONALA: ETORKIZUNA AZELERATUKO DUEN ALIANTZA

Kuantikaren Urtearen amaierarekin batera, inoiz ez bezalako garrantzia hartu du teknologia hauen garapenari buruzko eztabaidak. Hamarkada askotan teoriari eta eredu abstraktuei mugatutako gaia izan dena sistema errealetan gauzatzen hasi da, eta horren lekuko dugu IBM-Basque Country ordenagailu kuantikoa, Donostian, nanoGUNEren egoitzatik metro gutxira, Ikerbasquek milia kuantikoan bertan duen eraikinean jardunean dagoena. Aurrerapen honek garrantzi handi-handia du, baina erantzukizun handia dakar: erronka handiei aurre egiteko gai izango diren aplikazioetarako bidea jorratu gabe dago oraindik.

Konputazioaren eremuan esparru klasikoaren eta kuantikoaren arteko lotura lortzea da erronkarik garrantzitsuenetako bat. Hainbat hamarkadatan, zientziak —bereziki, materialen zientziak— ordenagailu “klasikoak” erabili ditu naturaren simulazioak egiteko. Metodo hauei esker, fenomeno ugari azaldu ahal izan dira, batez ere sistema atomistikoen inguruan. Kalkulurik errazenak egiteko, ekipo konbentzionalak erabiltzen dira, baina kalkulurik konplexuenetarako, HPC (High Performance Computing) superordenagailuak behar dira, Euskal Herriko Unibertsitatean edo Donostia International Physics Centerren (DIPC) erabilgarri daudenak kasu.

Horrelako simulazioetarako, kode espezializatuak erabiltzen dira; adibidez, mundu osoko milaka ikertzaile eta enpresa teknologikok simulazio aurreratuetarako erabiltzen duten SIESTA izenekoa. “SIESTA programak atomo eta molekulen jokaera ‘ikusteko’ aukera ematen digu, laborategian egiazko esperimenturik egin beharrik gabe. Software hau materialen propietate elektroniko eta estrukturalak simulatzeko erabiltzen da, molekula biologikoenak zein solido konplexuenak”, azaldu du nanoGUNEri atxikitako Emilio Artacho Ikerbasqueko ikertzaileak, 1996an Pablo Ordejón, José M. Soler eta Daniel Sánchez-Portalekin batera SIESTA programa sortu zuenak.

Alabaina, sistema batzuk ezin izan dira zehaztasunez deskribatu teoria horien bitartez; esaterako, molekula konplexuetan korrelazio elektroniko sendoak dituztenak —hemoglobina, kasu— edo egitura-akatsak dituzten materialak. Ordenagailu kuantikoek arazo horiei aurre egiteko aukera eskain dezakete.

Esanak esan, bi esparruen arteko integrazioa ez da inongo huskeria. HPCen eta ordenagailu kuantikoen arkitekturak eta printzipio fisikoak erabat desberdinak dira, eta horrek kode berberak berrerabiltzea eragozten du. Hala ere, ezinbestekoa izango da bi sistemek elkarlanean jardutea: aurrerantzean ere, superordenagailuek ordezkaezinak izango dira kalkulu jakin batzuetarako, baina ordenagailu kuantikoen bidez, egun eskuraezinak diren zati espezifikoak ebatzi ahal izango dira. Horretarako, informazioa bi inguruneen artean itzuli eta transferitzeko gai diren tresnak garatu beharko dira, emaitza kuantikoak simulazio klasikoetan integratuz.

Ildo horretan, Yann Pouillon nanoGUNEko ikertzaileak elkarlanean dihardu IBMrekin SIESTA programa ordenagailu kuantikoetan ere erabili ahal izateko. “Egun, molekulak eta material konplexuak hobeto ulertzen lagunduko digun softwarea garatzen ari gara, bizi-kalitatea hobetzeko asmoz. Adibidez, energiaren esparruan, zelula fotovoltaiko eraginkorragoak diseinatzen lagunduko digu, eta biomedikuntzaren arloan, hemoglobina bezalako molekula konplexuen ezagutzan sakontzeko aukera emango digu, etorkizunean terapia berriak eta hobeak garatu ahal izateko”, ziurtatu du Pouillonek. “Konputazio kuantikoaren eremuaren bilakaeraren abiadura ikusita, nahitaezkoa izango da aurrerapen guztiak modu arinean txertatzeko gai izango den sistema moldaerraza garatzea. “Horren harira, gure lankidetzak toki mailan hedatzen ari dira, DIPCrekin adibidez, baita nazioartean ere”, esan du ikertzaileak. Pouillonen helburua plataforma hibrido klasiko-kuantikoa lortzea da, SIESTA erabiltzen duen nazioarteko komunitate zientifikoari materialen arloko fenomeno berriak esploratzeko tresna aitzindaria eskaini ahal izateko, mundu klasikoa eta kuantikoa eraginkortasunez konektatuz. SIESTAren eta ordenagailu kuantikoaren arteko hibridazio horri esker, komunitate zientifikoak eta enpresek modu irisgarri eta orokorragoan erabili ahal izango dute IBM-Euskadi Quantum Computational Center delakoa. “Epe luzera begira, ordenagailu kuantikoa ohiko ordenagailuetako txartel grafikoak bezala erabiltzea izango litzateke egokiena; HPC batek ezin egin ditzakeen gauzetarako osagarri supereraginkorra balitz bezalaxe”, adierazi du Pouillonek.

Aurrerapen honetan parte hartu du Simune enpresak —enpresa teknologiko eta industrialei software aurreratua eta simulazio-zerbitzuak eskaintzen dizkien nanoGUNEren spin-offak—, eta Mónica García-Mota zuzendari zientifikoaren esanetan, “bultzada berri honi esker, Simune puntako ikerketaren eta industriaren arteko kanal teknologikotzat posizionatuko da”. “Gaitasun kuantikoak gure ASAP plataformari (Atomistic Simulation Advanced Platform) eragiten dion SIESTA kodean integratuz gero, interfaze erabilgarria eskaini ahal izango diegula gure bezero industrialei, lehen ezin hel zekizkiekeen korrelazio elektroniko indartsuen arazoak konpontzeko. Horrela, ASAPek bide zuzena eskainiko die enpresei konputazio kuantikoaren potentziaz balia daitezen, haien I+G prozesuetan inpaktu erreala eta eraginkorra lortuz”, azaldu du Garcia-Motak.

Ikerkuntzaren bideoa: https://youtu.be/21pOgTpbYl0