Квантов симулатор помогна за разкриването на голяма научна загадка

Според ново проучване, публикувано в Nature Chemistry на 28 август, учени от университета Дюк в Дюрам, Северна Каролина са използвали силата на квантово базираните методи, за да разкрият загадъчно явление, свързано с молекулите, поглъщащи светлина.

Това постижение хвърля светлина върху загадъчния свят на квантовите взаимодействия, като потенциално може да промени разбирането ни за основни химични процеси като фотосинтезата, зрението и фотокатализата.

Използване на квантови инструменти за решаване на научни проблеми

В основата на тяхното откритие лежи концепцията за „конично пресичане“ – термин, който има огромно значение в химията. Този ефект ограничава потенциалните пътища, които молекулите могат да изминат, докато преминават между различни състояния.

За да се ориентират в този сложен „квантов терен“, изследователите използват квантов симулатор – инструмент, вдъхновен от сферата на квантовите изчисления. Този новаторски подход е насочен към отдавнашен въпрос в химията – фундаменталното изследване с приложения от естествените процеси на фотосинтезата до тайните на зрението и фотокатализата.

Изследването е пример за това как напредъкът, постигнат в областта на квантовите изчисления сега се използва за разкриване на тайните на фундаменталната наука.

Какво е конично пресичане?

Коничната пресечна точка може да звучи като нещо сложно, но Phys.org дава лесно разбираемо обяснение. Най-просто казано коничното пресичане е като два върха на планина, които се допират във върховете си.

Долната половина символизира енергийните състояния и местата на една невъзбудена молекула. Горната половина представлява същата молекула с възбудени електрони вследствие на поглъщане на енергия от постъпващите светлинни частици.

След това атомите на молекулата се пренареждат, за да се върнат в по-ниско енергийно състояние, като или преминават успешно, или освобождават излишната енергия. Тук се намесва квантовата сфера. Молекулата, електроните и атомите проявяват квантови ефекти – заемат няколко състояния едновременно.

Забележително е, че изследователите са постигнали тези прозрения, използвайки хванати в капан йони – контролирана среда, която опростява експерименталната постановка.

Йоните, чиято квантова динамика протича с по-бавни темпове, позволяват преки измервания на геометричната фаза – явление, което се проявява като графика с формата на полумесец.

Красотата на уловените йони е, че те се отървават от сложната среда и правят системата достатъчно чиста, за да се направят тези измервания.

Интригуващо е, че независимо проучване в Университета в Сидни, Австралия, потвърди откритията на Дюк, като предостави последователни наблюдения с помощта на квантов симулатор с йонен капан. Въпреки, че техническите детайли се различават, общите заключения съвпадат, което показва силата на квантовите симулатори.

Тъй като границите на квантовото разбиране продължават да се разширяват, това изследване проправя пътя за по-дълбоко разбиране на тънкостите, управляващи фундаменталните химични процеси. Квантовите симулатори се явяват като пътеводна светлина, осветяваща пътя към разкриването на най-загадъчните явления в природата.