Os pesquisadores investigaram a capacidade de algoritmos de computação quântica conhecidos para computação quântica tolerante a falhas para simular a dinâmica de elétrons acionados por laser de processos de excitação e ionização em pequenas moléculas. Sua pesquisa foi publicada no Journal of Chemical Theory and Computation .

"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 sua evolução dinâmica após a excitação por um pulso de luz ", disse Annika Bande, que lidera um grupo em química teórica na Associação Helmholtz de Centros de Pesquisa Alemães (HZB). Bande e Fabian Langkabel, que faz doutorado com ela, mostram no estudo como isso funciona bem.

“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 qubits”, diz Langkabel. Os cientistas limitaram seu estudo a moléculas menores para poder realizar os cálculos sem um computador quântico real e compará-los com cálculos convencionais.

Os algoritmos quânticos produziram os resultados esperados. Em contraste com os cálculos convencionais; no entanto, os algoritmos quânticos também são adequados para calcular moléculas significativamente 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", diz Langkabel. Enquanto o tempo de computação se multiplica a cada átomo adicional para os métodos convencionais, esse não é o caso dos algoritmos quânticos , o que os torna muito mais rápidos.

O estudo mostra, assim, uma nova forma de calcular densidades de elétrons e sua "resposta" a excitações com luz antecipadamente, com altíssima resolução espacial e temporal . Isso permite, por exemplo, simular e entender processos de decaimento ultrarrápido, que também são cruciais em computadores quânticos feitos dos chamados pontos quânticos.

Além disso, são possíveis previsões sobre o comportamento físico ou químico das moléculas, por exemplo, durante a absorção da luz e a subsequente transferência de cargas elétricas.

Isso poderia facilitar o desenvolvimento de fotocatalisadores para a produção de hidrogênio verde com a luz solar ou ajudar a entender os processos nas moléculas receptoras sensíveis à luz no olho.