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Os computadores quânticos prometem tempos de computação significativamente mais curtos para problemas complexos. Mas ainda existem apenas alguns computadores quânticos em todo o mundo com um número limitado dos chamados qubits. No entanto, os algoritmos de computador quântico já podem ser executados em servidores convencionais que simulam um computador quântico. Uma equipe da HZB conseguiu calcular os orbitais de elétrons e seu desenvolvimento dinâmico no exemplo de uma pequena molécula após uma excitação de pulso de laser. Em princípio, o método também é adequado para investigar moléculas maiores que não podem ser calculadas por métodos convencionais.
“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 a excitação por um pulso de luz”, disse Annika Bande, que dirige um grupo de química teórica no HZB. Junto com Fabian Langkabel, que faz doutorado com Bande, ela mostrou agora em um estudo como isso funciona bem.
Computador quântico sem erros
“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 Fabian 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.
Computação mais rápida
De fato, 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.
Fotocatálise, recepção de luz e muito mais
O estudo mostra, assim, uma nova maneira de calcular densidades de elétrons e sua “resposta” a excitações com luz antecipada 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. Também 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.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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