Les algorithmes quantiques pourraient étudier des molécules plus grandes

Une équipe du Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) a pu calculer les orbitales électroniques et leur développement dynamique à l’aide d’un petit exemple de molécule après une excitation par impulsion laser. Selon les experts, cette méthode pourrait aider à étudier des molécules plus grandes qui ne peuvent pas être calculées avec des méthodes conventionnelles.

Le nouveau développement aide à faire progresser les ordinateurs quantiques, qui pourraient réduire considérablement les temps de calcul pour les problèmes complexes.

La recherche a été publiée dans le Journal of Chemical Theory and Computation.

Développement des algorithmes quantiques

Annika Bande dirige un groupe de chimie théorique au HZB.

« Ces algorithmes d’ordinateur quantique ont été développés à l’origine dans un contexte complètement différent. Nous les utilisons ici pour la première fois pour calculer les densités électroniques des molécules, en particulier leur évolution dynamique après excitation par une impulsion lumineuse », déclare Bande.

Fabian Langkabel fait partie du groupe.

« Nous avons développé un algorithme pour un ordinateur quantique fictif et entièrement sans erreur, et nous l’avons exécuté sur un serveur classique simulant un ordinateur quantique de dix Qbits », déclare Langkabel.

L’équipe de scientifiques a limité son étude à des molécules plus petites, ce qui leur a permis de réaliser les calculs sans ordinateur quantique réel. Ils ont également pu 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 grandes avec des ordinateurs quantiques futurs.

« Cela a trait aux temps de calcul. Ils augmentent avec le nombre d’atomes qui composent la molécule », continue Langkabel.

Lorsqu’il s’agit de méthodes conventionnelles, le temps de calcul est multiplié par 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 démontre comment calculer les densités électroniques et leur « réponse » aux excitations lumineuses à l’avance. Elle utilise également des résolutions spatiales et temporelles très élevées.

La méthode permet de simuler et de comprendre les processus de dégradation ultra-rapides, qui sont importants pour les ordinateurs quantiques composés de « points quantiques ». Elle permet également de faire des prédictions sur le comportement physique ou chimique des molécules, qui pourraient se produire pendant l’absorption de la lumière et le transfert de charges électriques.

Tout cela aide à faciliter le développement de photocatalyseurs pour la production d’hydrogène vert avec la lumière du soleil, et fournit une meilleure compréhension des processus dans les molécules réceptrices sensibles à la lumière de l’œil.