Les algorithmes quantiques font gagner du temps dans le calcul de la dynamique des électrons


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  • Les ordinateurs quantiques promettent des temps de calcul nettement plus courts pour les problèmes complexes. Mais il n’y a encore que quelques ordinateurs quantiques dans le monde avec un nombre limité de soi-disant qubits. Cependant, les algorithmes des ordinateurs quantiques peuvent déjà fonctionner sur des serveurs conventionnels qui simulent un ordinateur quantique. Une équipe de HZB a réussi à calculer les orbitales des électrons et leur développement dynamique sur l’exemple d’une petite molécule après une excitation par impulsion laser. En principe, la méthode convient également à l’étude de molécules plus grosses qui ne peuvent pas être calculées à l’aide de méthodes conventionnelles.

    « Ces algorithmes d’ordinateurs quantiques ont été développés à l’origine dans un contexte complètement différent. Nous les avons utilisés ici pour la première fois pour calculer les densités électroniques des molécules, en particulier aussi leur évolution dynamique après excitation par une impulsion lumineuse », explique Annika Bande, qui dirige un groupe de chimie théorique à HZB. Avec Fabian Langkabel, qui fait son doctorat avec Bande, elle a maintenant montré dans une étude à quel point cela fonctionne.

    Ordinateur quantique sans erreur

    « Nous avons développé un algorithme pour un ordinateur quantique fictif, complètement sans erreur et l’avons exécuté sur un serveur classique simulant un ordinateur quantique de dix Qbits », explique Fabian Langkabel. Les scientifiques ont limité leur étude à des molécules plus petites afin de pouvoir effectuer les calculs sans véritable ordinateur quantique et de les comparer aux calculs classiques.

    Calcul plus rapide

    En effet, les algorithmes quantiques ont produit les résultats attendus. Contrairement aux calculs conventionnels, cependant, les algorithmes quantiques conviennent également au calcul de molécules beaucoup plus grosses avec les futurs ordinateurs quantiques : « Cela a à voir avec les temps de calcul. Ils augmentent avec le nombre d’atomes qui composent la molécule », explique Langkabel. . Alors que le temps de calcul se multiplie avec chaque atome supplémentaire pour les méthodes classiques, ce n’est pas le cas pour les algorithmes quantiques, ce qui les rend beaucoup plus rapides.

    Photocatalyse, réception lumineuse et plus

    L’étude montre ainsi une nouvelle façon de calculer les densités d’électrons et leur « réponse » aux excitations lumineuses à l’avance avec une résolution spatiale et temporelle très élevée. Cela permet, par exemple, de simuler et de comprendre les processus de désintégration ultrarapide, qui sont également cruciaux dans les ordinateurs quantiques constitués de boîtes dites quantiques. Des prédictions sur le comportement physique ou chimique des molécules sont également possibles, par exemple lors de l’absorption de la lumière et du transfert ultérieur de charges électriques. Cela pourrait faciliter le développement de photocatalyseurs pour la production d’hydrogène vert avec la lumière du soleil ou aider à comprendre les processus dans les molécules réceptrices sensibles à la lumière dans l’œil.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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