Algoritmos Quânticos Podem Investigar Moléculas Maiores

Uma equipe do Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) foi capaz de calcular os orbitais de elétrons e seu desenvolvimento dinâmico no exemplo de uma pequena molécula após uma excitação de pulso de laser. Segundo os especialistas, esse método pode ajudar a investigar moléculas maiores que não podem ser calculadas com métodos convencionais. 

O novo desenvolvimento ajuda a desenvolver computadores quânticos, o que poderia reduzir drasticamente o tempo de computação para problemas complexos. 

A pesquisa foi publicada no Jornal da teoria química e da computação.

Desenvolvendo os Algoritmos Quânticos 

Annika Bande lidera um grupo de química teórica na HZB. 

“Esses algoritmos de computador quântico foram originalmente desenvolvidos em um contexto completamente diferente. Nós os usamos aqui pela primeira vez para calcular as densidades eletrônicas das moléculas, em particular também sua evolução dinâmica após a excitação por um pulso de luz”, diz Bande. 

Fabian Langkabel faz parte do grupo.

“Desenvolvemos um algoritmo para um computador quântico fictício e completamente livre de erros e o executamos em um servidor clássico simulando um computador quântico de dez Qbits”, diz Langkabel. 

A equipe de cientistas limitou seu estudo a moléculas menores, o que lhes permitiu realizar os cálculos sem um computador quântico real. Eles também poderiam compará-los com cálculos convencionais. 

Benefícios sobre os métodos convencionais

Os algoritmos quânticos produzem os resultados que a equipe estava procurando. Ao contrário dos cálculos convencionais, os algoritmos quânticos poderiam calcular moléculas maiores com futuros computadores quânticos. 

“Isso tem a ver com os tempos de cálculo. Eles aumentam com o número de átomos que compõem a molécula”, continua Langkabel. 

Quando se trata de métodos convencionais, o tempo de computação se multiplica a cada átomo adicional. Mas esse não é o caso dos algoritmos quânticos, pois eles se tornam mais rápidos com cada átomo adicional. 

O novo estudo demonstra como calcular as densidades de elétrons e sua “resposta” às excitações com luz com antecedência. Ele também usa resoluções espaciais e temporais muito altas. 

O método permite simular e entender processos de decaimento ultrarrápidos, importantes para computadores quânticos que consistem em “pontos quânticos”. Também permite fazer previsões sobre o comportamento físico ou químico das moléculas, o que pode ocorrer durante a absorção da luz e a transferência de cargas elétricas. 

Tudo isso ajuda a facilitar o desenvolvimento de fotocatalisadores para a produção de hidrogênio verde com a luz solar e fornece uma melhor percepção dos processos nas moléculas receptoras sensíveis à luz no olho.