Квантов компютър успя да забави химическа реакция 100 милиарда пъти

За първи път учените успяха директно да наблюдават важна част от химичните реакции. С помощта на квантов компютър те успяха да забавят този молекулярен процес 100 милиарда пъти.

Нещо, което обикновено се случва за фемтосекунди (една четвърт трилионна от секундата) в природата и навсякъде около нас, сега може да се види в лабораторията за милисекунди. „Искаме да разберем повече за фундаменталните процеси, които се случват вътре и между молекулите. Това отваря всякакви нови възможности за дисциплини като науката за материалите, проектирането на нови лекарства и използването на слънчева енергия. Пионерско проучване се появи в природата. „Може също да ни помогне да разберем други процеси, при които молекулите взаимодействат със светлината, като например как се образува смог или как се изчерпва озоновият слой.“

конично пресичане
учени от Сидни университет Показва и записва специфичен тип интерференчен модел от един атом. Този модел се дължи на обща геометрична химическа структура, наречена „коничен кръст“. Коничните кръстове се срещат в цялата химия и са важна част от фотохимичните процеси, като абсорбцията на светлина от нашите очи и фотосинтезата, при която растенията, водораслите и бактериите използват енергия от слънчевата светлина, за да превърнат въглеродния диоксид в глюкоза и кислород. От 50-те години на миналия век химиците се опитват да наблюдават директно динамиката на химичните реакции, но това не е било успешно досега поради много краткия период от време, в който това се случва.

квантов компютър
За да решат този проблем, австралийските квантови учени проведоха експеримент, в който използваха квантов компютър с „уловени йони“ по напълно нов начин. В резултат на това те успяха да начертаят този много сложен проблем с помощта на сравнително малко квантово устройство и след това успяха да забавят процеса с фактор 100 милиарда.

Аналогови бележки и измервания
„В природата целият този процес се извършва в рамките на няколко фемтосекунди“, обяснява Олая Агудело. „Използвайки нашия собствен квантов компютър, ние изградихме система, в която можем да забавим динамиката на химичните реакции от фемтосекунди до милисекунди. В резултат на това успяхме да направим важни наблюдения и измервания. Това не е правено досега.“

Геометрична фазова динамика
Физикът Кристоф Валаху е също толкова ентусиазиран. „Досега никога не е било възможно да се наблюдава директно динамиката на „геометричната фаза“. Процесът е просто твърде бърз, за ​​да се улови експериментално. Но с помощта на квантовата технология ние успяхме да разрешим този проблем.“ Той сравнява техниката за симулиране на моделите на въздуха, движещ се около крилото на самолет в аеродинамичен тунел.“ Нашият опит не е дигитален подход към този процес. „Това е директно аналогово наблюдение на квантовата динамика, която възниква по време на процеса, със скорост, която можем да наблюдаваме и анализираме“, каза Фалахо.

Пренос на молекулна енергия
При фотохимични реакции като фотосинтезата, при които растението използва енергията на слънцето, трансферът на молекулна енергия се извършва със скоростта на светлината. И се образуват областите на обмен, които наричаме конични връзки. В проучването тази динамика се забави драматично в квантовия компютър и отличителните белези на фотохимията, предсказани от теоретичните химици, най-накрая бяха наблюдавани на практика. „Това е страхотен резултат. Определено ще ни помогне да разберем по-добре динамиката на свръхбързите химични реакции, начина, по който молекулите се променят в най-малките времеви мащаби“, казва изследователят Иван Казале. Сидни университет Имаме най-добрия програмируем квантов компютър в цяла Австралия. Затова със сигурност ще продължим нашето изследване на тези явления.

Това, което също бележи това откритие, е сътрудничеството между теоретици и експериментални учени. „Това е чудесно сътрудничество между химичните теоретици и експерименталните квантови физици. Използвахме нов физичен подход, за да разрешим стар химичен проблем. Това е фантастично“, заключава изследователят Тинг Ри Тан.