Квантово устройство се използва за забавянето на химични реакции с около 100 милиарда пъти

За първи път в историята учени успяха да забавят (в симулация) химична реакция с около 100 милиарда пъти. Използвайки квантов компютър, изследователите симулират и след това „наблюдават“ реакцията в режим на супер забавено движение.

Супер забавено движение

„Именно чрез разбирането на тези основни процеси вътре в молекулите и между тях можем да открием нов свят от възможности в материалознанието, разработването на лекарства или добиването на слънчева енергия. Това може да помогне и за подобряване на други процеси, които разчитат на взаимодействие на молекулите със светлината, например как се създава смог или как се уврежда озоновият слой.“

обяснява съвместният водещ изследовател и докторант Ванеса Олая Агудело.

Изследователският екип наблюдава модел на интерференция на единичен атом, дължащ се на „конично пресичане“ – често срещана геометрична структура в химията. Тя играе решаваща роля в бързите фотохимични процеси, като например събирането на светлина в човешкото зрение и фотосинтезата. Химиците се опитват да наблюдават геометрични процеси в химичната динамика от 50-те години на миналия век, но прякото наблюдение е невъзможно поради бързите времеви рамки.

Екип от квантови изследователи от Училището по физика и Училището по химия към Университета в Сидни са разработили нов подход за решаване на сложния проблем с помощта на квантов компютър с уловени йони. Този новаторски метод им е позволил ефективно да нанесат проблема върху сравнително малко квантово устройство и да забавят процеса с впечатляващия коефициент от 100 милиарда.

„В природата целият процес приключва за няколко фемтосекунди (това е една квадрилионна или една милионна от една милиардна част от секундата). Използвайки нашия квантов компютър, ние създадохме система, която ни позволи да забавим химическата динамика от фемтосекунди до милисекунди. Това ни позволи да направим значими наблюдения и измервания. Това никога не е правено досега.“

споделя екипа

Съвместният водещ автор на изследването д-р Кристоф Валаху от Училището по физика заяви:

„Досега не можехме да наблюдаваме директно динамиката на „геометричната фаза, понеже тя се случваше твърде бързо, за да бъде изследвана експериментално…Използвайки квантови технологии, ние се справихме с този проблем.“

Фантастично постижение

Експериментът е проведен с помощта на квантовия компютър в Лабораторията за квантов контрол, основана от професор Майкъл Биерчук. Ръководител на изследването е д-р Тин Рей Тан.

„Това е фантастично сътрудничество между теоретици по химия и експериментални квантови физици. Използваме нов подход във физиката, за да се справим с отдавнашен проблем в химията.“

добави Тан, съавтор на изследването

Можете да разгледате цялото изследване в списание Nature Chemistry.