Gli algoritmi quantistici potrebbero studiare molecole più grandi

Un team dell'Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) è stato in grado di calcolare gli orbitali degli elettroni e il loro sviluppo dinamico sull'esempio di una piccola molecola dopo l'eccitazione di un impulso laser. Secondo gli esperti, questo metodo potrebbe aiutare a studiare molecole più grandi che non possono essere calcolate con metodi convenzionali. 

Il nuovo sviluppo aiuta a far avanzare i computer quantistici, che potrebbero ridurre drasticamente i tempi di calcolo per problemi complessi. 

La ricerca è stata pubblicata nel Giornale di teoria chimica e calcolo .

Sviluppare gli algoritmi quantistici 

Annika Bande dirige un gruppo di chimica teorica all'HZB. 

“Questi algoritmi di computer quantistici sono stati originariamente sviluppati in un contesto completamente diverso. Li abbiamo usati qui per la prima volta per calcolare le densità elettroniche delle molecole, in particolare anche la loro evoluzione dinamica dopo l'eccitazione da parte di un impulso luminoso», afferma Bande. 

Fabian Langkabel fa parte del gruppo.

"Abbiamo sviluppato un algoritmo per un computer quantistico fittizio, completamente privo di errori e lo abbiamo eseguito su un server classico simulando un computer quantistico di dieci Qbit", afferma Langkabel. 

Il team di scienziati ha limitato il proprio studio a molecole più piccole, il che ha permesso loro di eseguire i calcoli senza un vero computer quantistico. Potrebbero anche confrontarli con i calcoli convenzionali. 

Vantaggi rispetto ai metodi convenzionali

Gli algoritmi quantistici producono i risultati che il team stava cercando. A differenza dei calcoli convenzionali, gli algoritmi quantistici potrebbero calcolare molecole più grandi con i futuri computer quantistici. 

“Questo ha a che fare con i tempi di calcolo. Aumentano con il numero di atomi che compongono la molecola», continua Langkabel. 

Quando si tratta di metodi convenzionali, il tempo di calcolo si moltiplica con ogni atomo aggiuntivo. Ma questo non è il caso degli algoritmi quantistici poiché diventano più veloci con ogni atomo aggiuntivo. 

Il nuovo studio dimostra come calcolare in anticipo le densità degli elettroni e la loro "risposta" alle eccitazioni con la luce. Utilizza anche risoluzioni spaziali e temporali molto elevate. 

Il metodo consente di simulare e comprendere i processi di decadimento ultraveloci, che sono importanti per i computer quantistici costituiti da "punti quantici". Permette inoltre di fare previsioni sul comportamento fisico o chimico delle molecole, che potrebbe avvenire durante l'assorbimento della luce e il trasferimento di cariche elettriche. 

Tutto ciò aiuta a facilitare lo sviluppo di fotocatalizzatori per la produzione di idrogeno verde con la luce solare e fornisce una migliore comprensione dei processi nelle molecole del recettore fotosensibile nell'occhio.