Квантовый компьютер замедляет химические реакции в 100 миллиардов раз, впервые раскрывая ключевые молекулярные танцы
Ученые Сиднейского университета использовали квантовый компьютер для замедления химических реакций в 100 миллиардов раз, наблюдая за фундаментальным процессом в химических реакциях, включая фотосинтез.
Наблюдение конического пересечения впервые
Исследование под названием “Прямое наблюдение геометрически-фазовой интерференции в динамике вокруг конического пересечения”, опубликованное в Nature Chemistry, посвящено явлению, называемому коническим пересечением в молекулярных взаимодействиях.
Конические пересечения – это особые места в структуре молекулы, где энергетические уровни двух поверхностей становятся одинаковыми. Эти пересечения действуют подобно каналам, соединяющим различные электронные состояния, обеспечивая быстрые переходы, важные для химических реакций, таких как фотосинтез и распознавание света сетчаткой глаза.
Поскольку эти реакции происходят невероятно быстро, ученые никогда прежде не наблюдали коническое пересечение в режиме реального времени. Чтобы добиться этого, исследователи из Сиднейского университета использовали квантовый компьютер с ловушкой ионов – устройство, способное заключать квантовые частицы в электрические поля и манипулировать ими с помощью лазеров, комплектующие компьютера.
Этот инновационный подход позволил значительно замедлить химическую динамику, расширив время наблюдения с фемтосекунд (квадриллионных долей секунды) до миллисекунд. Таким образом, исследователи смогли получить значимые измерения реакции по мере ее протекания, представляя собой прямое аналоговое наблюдение квантовой динамики, происходящей с наблюдаемой скоростью.
Почему наблюдение за химическими реакциями важно
Эксперимент обеспечил прямое аналоговое наблюдение квантовой динамики, отличное от цифровых приближений, что позволило получить беспрецедентное представление о фотохимических реакциях, таких как фотосинтез.
В этих реакциях молекулы быстро обмениваются энергией, образуя конические пересечения в качестве критических точек. Исследование позволило эффективно замедлить эту динамику с помощью квантового компьютера, открыв ожидаемые, но ранее не наблюдавшиеся отличительные черты конических пересечений в фотохимии.
Доцент Иван Кассал, руководитель исследовательской группы, выразил волнение по поводу этого новаторского результата, подчеркнув его потенциал для углубления нашего понимания сверхбыстрых молекулярных изменений на самых быстрых временных масштабах.
Он также отметил значительное преимущество доступа к ведущему программируемому квантовому компьютеру Австралии в Сиднейском университете для проведения столь важных экспериментов. Это достижение представляет собой важный шаг в непосредственном наблюдении и изучении фундаментальных молекулярных процессов
По словам ученых, понимание высокоскоростной молекулярной динамики позволяет по-новому взглянуть на химические реакции, применимые в различных областях.
Ванесса Олайя Агудело подчеркнула важность понимания этих фундаментальных молекулярных взаимодействий, предположив, что это может привести к инновациям в материаловедении, разработке лекарств и улавливании солнечной энергии.
Кроме того, он может способствовать улучшению процессов, в которых молекулы взаимодействуют со светом, например, пониманию механизмов образования смога и разрушения озонового слоя.
Доктор Тинг Рей, один из соавторов исследования, выразил энтузиазм, заявив, что сотрудничество ученых представляет собой замечательную синергию между экспериментальными квантовыми физиками и химиками-теоретиками. В эксперименте команда использовала инновационную стратегию, основанную на физике, для решения давней проблемы в области химии.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
