Computación cuántica
Algoritmos cuánticos podrían investigar moléculas más grandes
Un equipo en Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) pudo calcular los orbitales electrónicos y su desarrollo dinámico en el ejemplo de una molécula pequeña después de una excitación por un pulso láser. Según los expertos, este método podría ayudar a investigar moléculas más grandes que no pueden ser calculadas con métodos convencionales.
El nuevo desarrollo ayuda a avanzar en los ordenadores cuánticos, que podrían reducir drásticamente los tiempos de cálculo para problemas complejos.
La investigación se publicó en la Journal of Chemical Theory and Computation.
Desarrollando los algoritmos cuánticos
Annika Bande lidera un grupo de química teórica en HZB.
“Estos algoritmos de computadora cuántica se desarrollaron originalmente en un contexto completamente diferente. Los usamos aquí por primera vez para calcular las densidades electrónicas de moléculas, en particular también su evolución dinámica después de la excitación por un pulso de luz”, dice Bande.
Fabian Langkabel es parte del grupo.
“Desarrollamos un algoritmo para una computadora cuántica ficticia y completamente libre de errores y lo ejecutamos en un servidor clásico que simula una computadora cuántica de diez Qbits”, dice Langkabel.
El equipo de científicos limitó su estudio a moléculas más pequeñas, lo que les permitió realizar los cálculos sin una computadora cuántica real. También pudieron compararlos con cálculos convencionales.
Ventajas sobre los métodos convencionales
Los algoritmos cuánticos producen los resultados que el equipo estaba buscando. A diferencia de los cálculos convencionales, los algoritmos cuánticos podrían calcular moléculas más grandes con futuras computadoras cuánticas.
“Esto tiene que ver con los tiempos de cálculo. Aumentan con el número de átomos que componen la molécula”, continúa Langkabel.
Cuando se trata de métodos convencionales, el tiempo de cálculo se multiplica con cada átomo adicional. Pero esto no es el caso de los algoritmos cuánticos, ya que se vuelven más rápidos con cada átomo adicional.
El nuevo estudio demuestra cómo calcular las densidades electrónicas y su “respuesta” a excitaciones con luz de antemano. También utiliza resoluciones espaciales y temporales muy altas.
El método hace posible simular y entender procesos de decaimiento ultra rápidos, que son importantes para las computadoras cuánticas que consisten en “puntos cuánticos”. También hace posible hacer predicciones sobre el comportamiento físico o químico de las moléculas, que podrían ocurrir durante la absorción de luz y la transferencia de cargas eléctricas.
Todo esto ayuda a facilitar el desarrollo de fotocatalizadores para la producción de hidrógeno verde con la luz del sol, y proporciona una mejor comprensión de los procesos en las moléculas receptores sensibles a la luz en el ojo.
