Существуют ли в природе вообще программы для моделирования поведения атомов разных веществ и наносистем?

В природе да ) В природе постоянно происходят квантовые вычисления. Чтобы моделировать квантовую систему надо построить другую квантовую систему, в которой преобразования затронут квантовые объекты (кубиты). Измерения этой системы предоставят некие сведения о моделируемом объекте, которые потом можно будет раскрыть в вероятности. И наоборот, подготовив систему и запустив вычисление (симуляцию) мы сможем проследить эволюцию системы. Симуляции на универсальном квантовом компьютере (УКК, миниатюрном программируемом серийном устройстве) могут заменить дорогостоящие исследования, связанные с использованием реальных объектов. Т. е. создание метаматериалов и прочего добра на порядки упростится. А это прибыли корпорациям, польза людям. В конце концов, какая разница берете ли вы частицу из реальности или изучаете симуляцию этой частицы в УКК. Классические компьютеры (построенные на двоичной логике), будь они гугол раз распараллелены не годятся для моделирования квантовых явлений. Ну кто про это писал хорошо. Вайнберг. Дойч. Вольфрам.

химические реакции обсчитывались исходя из упрощенных моделей еще 25 лет назад на 386-х компах. Несколько дней работы компа заменяли недели возможно безуспешного синтеза. У нас была какая-то программа "Лев".

Да есть, есть программы при помощи которых моделируют результат взрыва атомной бомбы, такие программы требуют огромных вычислительных ресурсов ( нужны суперкомпьютеры)!

Какого именно поведения?
Приложения для расчета фолдинга белков, например, – это распределенные вычисления с огромной базой работающих машин (поболее, чем самые крупные суперкомпьютеры).
Полагаю, для изучения поведения отдельных атомов тоже есть что-то подобное. Поинтересуйтесь системой BOINC. Там сейчас очень много проектов, связанных с обработкой межмолекулярных взаимодействий, так как даже одного "суперкомпьютера" для этого не хватит.

Разумеется, есть такие модели. Ну, например, теория Эйнштейна, которая оперирует вероятностями переходов атомов с уровня на уровень. Более подробно можете посмотреть здесь:
http://ru.wikipedia.org/
в строчке "поиск" забейте "Вынужденное излучение.

А другие планируются или уже начали разрабатывать