La chimie est une discipline encore largement empirique. Bien qu’il existe une discipline de « chimie théorique » cherchant à décrire les mécanismes d’auto-assemblage et autres phénomènes, les chimistes privilégient encore les règles heuristiques pour faire des prédictions étonnamment précises sur le comportement d’une molécule, d’un ensemble de molécules, ou d’un matériau. De nombreux chimistes expérimentateurs s’en tiennent encore à l’intuition.
Pourtant, certains des phénomènes les plus intéressants échappent à l’intuition, et les règles heuristiques n’aident pas à les appréhender. Il en va ainsi pour des problèmes cruciaux dans la conception des matériaux – comme la prédiction des propriétés mécaniques des polymères à partir des conditions de polymérisation.
les ordinateurs quantiques pourraient faire passer la chimie de l’art des règles empiriques à une science fondée sur la prédiction par la simulation numérique.
Hélas, les approches computationnelles ne sont pas d’une meilleure aide pour autant : la plupart des phénomènes les plus intéressants restent trop complexes pour être calculés avec un niveau de précision utile.
Les polymères synthétiques, tels que les plastiques, jouent, par exemple, un rôle essentiel dans de nombreux problèmes de conception. La brique Lego, par exemple, ne serait pas le jouet réussi et durable que nous connaissons sans l’Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS) dont elle est faite, finement ajustée pour lui donner à la fois force d’ancrage, souplesse, durabilité et dureté.
La raison sous-jacente à cette difficulté réside dans le besoin d’utiliser la mécanique quantique pour décrire le comportement des électrons. Plus précisément, nous devons résoudre par le calcul l’équation de Schrödinger. Au grand regret des chimistes, la complexité de ces calculs croit de façon exponentielle avec la taille du système.
En revanche, avec un ordinateur quantique, la complexité de la résolution de l’équation de Schrödinger ne croit que linéairement en fonction de la taille du système, ce qui permet de calculer avec précision des molécules plus grosses. Les ordinateurs quantiques pourraient détenir la clé de la puissance prédictive qui fait défaut aux méthodes « classiques » de chimie théorique.
