Gli algoritmi quantistici potrebbero indagare molecole più grandi

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

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

La ricerca è stata pubblicata sulla Rivista di teoria e calcolo chimico.

Sviluppo degli algoritmi quantistici

Annika Bande guida un gruppo di chimica teorica all’HZB.

“Questi algoritmi per computer quantistici sono stati originariamente sviluppati in un contesto completamente diverso. Li abbiamo utilizzati qui per la prima volta per calcolare le densità elettroniche delle molecole, in particolare anche la loro evoluzione dinamica dopo l’excitazione con un impulso di luce”, 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 che simula un computer quantistico di dieci Qbit”, afferma Langkabel.

Il team di scienziati ha limitato il proprio studio a molecole più piccole, il che ha consentito loro di eseguire i calcoli senza un vero computer quantistico. Hanno anche potuto confrontarli con 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 futuri computer quantistici.

“Ciò ha a che fare con i tempi di calcolo. Essi aumentano con il numero di atomi che compongono la molecola”, continua Langkabel.

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

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

Il metodo consente di simulare e comprendere processi di decadimento ultra-veloci, che sono importanti per i computer quantistici costituiti da “punti quantistici”. Consente anche di fare previsioni sul comportamento fisico o chimico delle molecole, che potrebbe verificarsi 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 del sole e fornisce una migliore comprensione dei processi nelle molecole recettori sensibili alla luce nell’occhio.