Publié le 18 février 2026 à 02h07. Des chercheurs chinois ont mis au point un nouvel algorithme hybride combinant puissance de calcul quantique et méthodes classiques pour simuler avec une précision accrue le comportement des électrons dans des systèmes moléculaires complexes, ouvrant la voie à des avancées dans la conception de nouveaux matériaux et médicaments.
- Un nouvel algorithme, baptisé VQE-MC-PDFT, réduit significativement les besoins en ressources informatiques pour la modélisation de systèmes moléculaires complexes.
- La méthode permet de reproduire avec une grande exactitude des propriétés chimiques fondamentales, comme les longueurs de liaison et les énergies d’excitation.
- Cette approche hybride pourrait accélérer le développement de nouveaux matériaux aux propriétés inédites, notamment dans les domaines de la catalyse et de la supraconductivité.
La modélisation précise du comportement des électrons, en particulier dans les systèmes où les interactions entre eux sont fortes (ce qu’on appelle la « forte corrélation »), représente un défi majeur pour les scientifiques. Les méthodes de calcul traditionnelles, qu’elles soient classiques ou quantiques, se heurtent à des limitations importantes à mesure que la taille des systèmes étudiés augmente. Les algorithmes quantiques, bien que prometteurs, sont actuellement limités par leurs exigences en termes de ressources informatiques.
Pour surmonter ces obstacles, une équipe de chercheurs de l’Université normale de Chine de l’Est à Shanghai et de l’Université des finances et de l’économie de Shanghai a développé une nouvelle stratégie hybride. Cette approche combine un solveur propre variationnel (VQE) avec la théorie fonctionnelle multiconfiguration de paires de densité (MC-PDFT). L’innovation réside dans la manière dont les effets de corrélation électronique sont traités : la corrélation dite « statique » est confinée à un état quantique compact, tandis que la corrélation « dynamique » est calculée à l’aide d’une fonctionnelle de densité classique. Ce découplage permet de réduire considérablement la charge de calcul.
Les chercheurs ont également mis en œuvre une optimisation orbitale auto-cohérente, qui permet d’affiner les orbitales moléculaires tout au long du calcul, améliorant ainsi la précision et la convergence des résultats. Cette méthode est plus efficace que les approches traditionnelles, comme l’UCCSD, qui peuvent nécessiter un nombre de portes quantiques exponentiellement plus élevé avec la taille du système.
Les performances de l’algorithme VQE-MC-PDFT ont été validées sur des références établies. Les résultats montrent une excellente concordance avec les données expérimentales : les longueurs de liaison à l’équilibre du carbone sont reproduites avec une erreur absolue moyenne de 0,006 Å (angströms), et les énergies d’excitation du benzène avec une erreur absolue moyenne de 0,048 eV (électronvolts). Plus impressionnant encore, l’équipe a réussi à générer une courbe d’énergie potentielle réaliste pour le dimère de chrome, un système notoirement difficile à modéliser en raison de sa forte corrélation électronique, et ce, même en tenant compte du bruit inhérent aux dispositifs quantiques actuels.
Bien que des améliorations soient encore possibles, notamment en ce qui concerne la fonctionnelle de densité classique utilisée pour traiter la corrélation dynamique, cette avancée représente une étape importante vers l’utilisation d’ordinateurs quantiques pour des simulations chimiques complexes. Les chercheurs envisagent d’étendre cette stratégie à des systèmes encore plus grands et de la combiner avec des techniques d’atténuation des erreurs plus sophistiquées. Cette approche hybride pourrait également trouver des applications dans d’autres domaines, tels que la science des matériaux et la physique de la matière condensée.
Plus d’informations
🗞Calculs de théorie fonctionnelle de densité de paires multiconfiguration des états fondamentaux et excités de systèmes chimiques complexes avec des ordinateurs quantiques
ArXiv : https://arxiv.org/abs/2602.10435