La première application d’un ordinateur quantique à la chimie a eu lieu en Suède

Le potentiel de l’ordinateur quantique à révolutionner le domaine de la chimie et à permettre la reproduction de processus chimiques complexes pourrait avoir des implications significatives pour le développement de nouveaux produits pharmaceutiques et de nouveaux matériaux. Des techniciens de l’université de Chalmers ont récemment réussi à effectuer des calculs dans le cadre d’un cas réel de chimie, une première en Suède.

Le professeur associé en chimie théorique du département de chimie et de génie chimique, Martin Rahm, a dirigé une étude démontrant que les ordinateurs quantiques peuvent traiter des déplacements complexes d’électrons et de noyaux atomiques, repoussant ainsi les limites de ce que les scientifiques peuvent calculer et comprendre. L’exploitation du plein potentiel des ordinateurs numériques pourrait déboucher sur une nouvelle ère de possibilités en matière de chimie informatique.

La mécanique quantique, utilisée dans le domaine de la chimie quantique, détermine les réactions chimiques, les structures et les matériaux possibles, ainsi que leurs propriétés. Bien que ces études soient généralement menées à l’aide de superordinateurs dotés de circuits logiques conventionnels, il existe une limite aux calculs que ces machines peuvent exécuter.

La Nouvelle Méthode diminue les erreurs dans les calculs de chimie quantique

Grâce à la mécanique quantique, qui dicte le comportement de la nature au niveau subatomique, plusieurs scientifiques suggèrent que les ordinateurs quantiques pourraient être plus aptes à effectuer des calculs moléculaires que les ordinateurs conventionnels. Cette hypothèse découle des propriétés uniques de l’informatique quantique, qui permettent d’exploiter les phénomènes mécaniques quantiques pour réaliser des calculs d’une manière que les ordinateurs classiques ne peuvent pas reproduire. Par ailleurs, les ordinateurs quantiques pourraient offrir un avantage significatif dans les simulations et les calculs au niveau moléculaire, ce qui ouvrirait de nouvelles frontières à la recherche en chimie.

Afin de réduire les erreurs dans les calculs chimiques quantiques, les scientifiques ont découvert une technique intéressante appelée “Reference-State Error Mitigation” (REM), qui corrige les erreurs causées par le bruit dans les ordinateurs quantiques.

Les scientifiques ont mis au point une technique appelée “atténuation de l’erreur de l’état de référence” qui permet d’effectuer des calculs chimiques quantiques de haute précision en comparant les calculs effectués par les ordinateurs quantiques et conventionnels. Cette approche permet aux scientifiques d’estimer la quantité d’erreur causée par le bruit et de corriger la résolution du problème complexe d’origine. Les résultats ont été publiés dans le Journal of Chemical Theory and Computation.

Les chercheurs de l’université de Chalmers ont mis au point une technique REM (Reference Energy Method) unique qui permet de calculer l’énergie intrinsèque de petites molécules telles que l’hydrogène et l’hydrure de lithium à l’aide de l’ordinateur quantique Särimner. Alors que ce calcul peut être effectué plus rapidement sur des ordinateurs conventionnels, cette nouvelle approche marque une étape importante dans le calcul chimique quantique en Suède, puisqu’il s’agit de la première démonstration d’un tel calcul effectué à l’aide d’un ordinateur quantique.

Ordinateur quantique construit à Chalmers

L’étude a été menée en association avec des collègues du département de microtechnique et de nanoscience, qui ont été chargés de construire les ordinateurs quantiques utilisés dans la recherche et d’effectuer les mesures précises nécessaires aux calculs chimiques.

Pour Jonas Bylander, professeur associé en technologie quantique au département de microtechnique et de nanoscience, les algorithmes quantiques réels sont essentiels pour comprendre les performances du matériel quantique et identifier les possibilités de progrès. En optimisant le potentiel des ordinateurs quantiques dans les calculs chimiques, la collaboration avec le groupe de Martin Rahm présente une valeur appréciable.

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