Informatique quantique
Les algorithmes quantiques pourraient étudier de plus grandes molécules
Une équipe du Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) a pu calculer les orbitales des électrons et leur développement dynamique sur l'exemple d'une petite molécule après une excitation par impulsion laser. Selon les experts, cette méthode pourrait aider à étudier des molécules plus grosses qui ne peuvent pas être calculées avec les méthodes conventionnelles.
Ce nouveau développement contribue à faire progresser les ordinateurs quantiques, ce qui pourrait réduire considérablement les temps de calcul pour des problèmes complexes.
La recherche a été publiée dans le Journal de théorie chimique et de calcul .
Développement des algorithmes quantiques
Annika Bande dirige un groupe de chimie théorique au HZB.
« Ces algorithmes informatiques quantiques ont été développés à l'origine dans un contexte complètement différent. Nous les avons utilisés ici pour la première fois pour calculer les densités électroniques des molécules, en particulier leur évolution dynamique après excitation par une impulsion lumineuse », explique Bande.
Fabian Langkabel fait partie du groupe.
"Nous avons développé un algorithme pour un ordinateur quantique fictif, complètement sans erreur et l'avons exécuté sur un serveur classique simulant un ordinateur quantique de dix Qbits", explique Langkabel.
L'équipe de scientifiques a limité son étude à des molécules plus petites, ce qui lui a permis d'effectuer les calculs sans véritable ordinateur quantique. Ils pourraient aussi les comparer avec des calculs conventionnels.
Avantages par rapport aux méthodes conventionnelles
Les algorithmes quantiques produisent les résultats que l'équipe recherchait. Contrairement aux calculs conventionnels, les algorithmes quantiques pourraient calculer des molécules plus grosses avec les futurs ordinateurs quantiques.
« Cela a à voir avec les temps de calcul. Ils augmentent avec le nombre d'atomes qui composent la molécule », poursuit Langkabel.
En ce qui concerne les méthodes conventionnelles, le temps de calcul se multiplie avec chaque atome supplémentaire. Mais ce n'est pas le cas pour les algorithmes quantiques car ils deviennent plus rapides avec chaque atome supplémentaire.
La nouvelle étude montre comment calculer à l'avance les densités d'électrons et leur "réponse" aux excitations lumineuses. Il utilise également des résolutions spatiales et temporelles très élevées.
La méthode permet de simuler et de comprendre les processus de désintégration ultrarapide, qui sont importants pour les ordinateurs quantiques constitués de « points quantiques ». Elle permet également de faire des prédictions sur le comportement physique ou chimique des molécules, qui pourraient avoir lieu lors de l'absorption de la lumière et du transfert des charges électriques.
Tout cela contribue à faciliter le développement de photocatalyseurs pour la production d'hydrogène vert avec la lumière du soleil et permet de mieux comprendre les processus dans les molécules réceptrices sensibles à la lumière dans l'œil.
