En la última década, los materiales orgánicos luminiscentes han capturado la atención tanto de la academia como de la industria por su potencial para el desarrollo de nuevos dispositivos optoelectrónicos, como las pantallas OLED. Sin embargo, encontrar materiales con una eficiencia adecuada ha sido un desafío constante.
Para abordar este desafío, un equipo de investigación ha ideado un enfoque innovador que combina un modelo de aprendizaje automático con un diseño molecular computacional cuántico-clásico para acelerar el descubrimiento de emisores OLED eficientes
El emisor OLED óptimo descubierto por los autores mediante este «procedimiento híbrido cuántico-clásico» es un derivado deuterado de Alq₃, que resulta ser extremadamente eficiente en la emisión de luz y, además, es sintetizable.
Los emisores OLED deuterados son materiales orgánicos en los que los átomos de hidrógeno se reemplazan por átomos de deuterio en las moléculas emisoras. A pesar de su potencial para emitir luz de manera muy eficiente, diseñar estos emisores OLED deuterados representa un desafío computacional. Esto se debe a la necesidad de optimizar la posición de los átomos de deuterio en las moléculas emisoras, lo que exige realizar cálculos desde cero.
El nuevo flujo de trabajo propuesto acelera estos cálculos combinando computadoras clásicas y cuánticas. Primero, se realizan cálculos de química cuántica en una computadora clásica para obtener las «eficiencias cuánticas» de un conjunto de moléculas de Alq₃ deuteradas. Estos datos se utilizan para crear conjuntos de entrenamiento y prueba, con el fin de construir un modelo de aprendizaje automático que prediga las eficiencias cuánticas de diversas moléculas de Alq₃ deuteradas.
Posteriormente, este modelo se emplea para construir una función energética del sistema, conocida como Hamiltoniano. Luego, se realiza una optimización cuántica en una computadora cuántica utilizando dos algoritmos de optimización variacional cuántica: el solucionador cuántico variacional (VQE) y el algoritmo de optimización aproximada cuántica (QAQA). Durante este proceso, se introduce una restricción sintética para garantizar que la molécula optimizada pueda ser sintetizada.
Para mejorar la precisión de la predicción en dispositivos cuánticos, los autores adoptaron una técnica resistente al ruido llamada eliminación de variables probabilísticas recursivas (RPVE). Con ella, lograron «encontrar la molécula deuterada óptima con una precisión muy alta usando un dispositivo cuántico». Además, señalan que combinar esta técnica con sus algoritmos de optimización cuántica podría lograr una ventaja cuántica en cálculos con dispositivos cuánticos a corto plazo.
Este avance representa un paso significativo en la búsqueda de emisores OLED más eficientes, y el uso combinado de técnicas cuánticas y de aprendizaje automático promete revolucionar el campo de la optoelectrónica en los próximos años.
Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:
https://spj.science.org/doi/10.34133/icomputing.0037
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