Algoritmos Quânticos Podem Investigar Moléculas Maiores

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

O novo desenvolvimento ajuda a avançar os computadores quânticos, que podem reduzir drasticamente os tempos de computação para problemas complexos.

A pesquisa foi publicada no Journal of Chemical Theory and Computation.

Desenvolvendo os Algoritmos Quânticos

Annika Bande lidera um grupo de química teórica no HZB.

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

Fabian Langkabel faz parte do grupo.

“Nós desenvolvemos um algoritmo para um computador quântico fictício, 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 puderam compará-los com cálculos convencionais.

Benefícios Sobre os Métodos Convencionais

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

“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 multiplica com cada átomo adicional. Mas isso não é o caso para os algoritmos quânticos, pois eles se tornam mais rápidos com cada átomo adicional.

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

O método torna possível simular e entender processos de decadência ultra-rápidos, que são importantes para computadores quânticos compostos por “pontos quânticos”. Ele também torna possível fazer previsões sobre o comportamento físico ou químico de moléculas, que podem ocorrer durante a absorção de luz e a transferência de cargas elétricas.

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