Un dispozitiv cuantic a fost folosit pentru încetinirea unei reacții chimice de 100 de miliarde de ori

Pentru prima dată, oamenii de știință au obținut încetinirea unei reacții chimice (în simulare) de aproximativ 100 de miliarde de ori. Folosind un computer cuantic, cercetătorii au simulat și apoi au „observat” reacția la o viteză extraordinar de mică.

„Înțelegând aceste procese de bază din interiorul moleculelor și dintre molecule putem deschide o nouă lume de posibilități în știința materialelor, proiectarea medicamentelor sau recoltarea energiei solare”, a explicat doctoranda Vanessa Olaya Agudelo.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

„Această realizare ar putea ajuta, de asemenea, la îmbunătățirea altor procese care se bazează pe molecule care interacționează cu lumina, cum ar fi modul în care este creat smogul sau modul în care se deteriorează stratul de ozon”, a adăugat ea.

De ce a fost nevoie de încetinirea unei reacții chimice?

Echipa de cercetare a observat un model de interferență al unui singur atom datorită unei „intersecții conice”, o structură geometrică comună în chimie. Acestea joacă un rol crucial în procesele fotochimice rapide, cum ar fi recoltarea luminii în vederea umană și fotosinteză. Chimiștii au încercat să observe procesele geometrice în dinamica chimică încă din anii 1950, dar observarea directă nu este fezabilă din cauza intervalelor de timp rapide implicate, scrie Interesting Engineering.

O echipă de cercetători de la Școala de Fizică și de la Școala de Chimie din cadrul Universității din Sydney (Australia) a dezvoltat o abordare nouă pentru rezolvarea unei probleme complexe folosind un computer cuantic cu ioni captivi. Această metodă inovatoare le-a permis să cartografieze eficient problema pe un dispozitiv cuantic relativ mic și să obțină încetinirea unei reacții chimice cu un factor impresionant de 100 de miliarde.

„În natură, întregul proces se încheie în câteva femtosecunde. Asta înseamnă o miliardime dintr-o milionime sau o cvadrilionime dintr-o secundă”, a spus Olaya Agudelo, de la Școala de Chimie.

„Folosind computerul nostru cuantic, am construit un sistem care ne-a permis să încetinim dinamica chimică de la femtosecunde la milisecunde. Acest lucru ne-a permis să facem observații și măsurători semnificative. Acest lucru nu a mai fost făcut niciodată”, au spus cercetătorii.

„Până acum, nu am putut observa direct dinamica fazei geometrice; se întâmplă prea repede pentru a sonda experimental… Folosind tehnologii cuantice, am a rezolvat această problemă”, a spus dr. Christophe Valahu, de la Școala de Fizică.

Un nou mod de a studia procesele naturale

„Experimentul nostru nu a fost o aproximare digitală a procesului, aceasta a fost o observație analogică directă a dinamicii cuantice care se desfășoară la o viteză pe care o putem observa”, a adăugat Valahu.

În reacțiile fotochimice, cum ar fi fotosinteza, prin care plantele obțin energie de la soare, moleculele transferă rapid energie, creând regiuni de schimb numite intersecții conice. Acest studiu a dezvăluit semnele distinctive asociate cu intersecțiile conice în fotochimie, prin încetinirea dinamicii folosind computerul cuantic.

„Acest rezultat interesant ne va ajuta să înțelegem mai bine dinamica ultrarapidă: cum se schimbă moleculele la cele mai rapide intervale de timp”, a explicat coautorul și liderul echipei de cercetare, profesorul asociat Ivan Kassal, de la Școala de Chimie și Institutul Nano ale Universității din Sydney.

„Este extraordinar că, la Universitatea din Sydney, avem acces la cel mai bun computer cuantic programabil din țară pentru a efectua aceste experimente”, a adăugat el.

Studiul a fost publicat în revista Nature Chemisty.

Vă recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință ar fi la un pas să descopere a cincea forță a naturii

O nouă reușită pentru fuziunea nucleară: Un laborator a realizat al doilea experiment cu un câștig de energie

O nouă analiză ne aduce mai aproape de detectarea materiei întunecate

Un studiu descoperă că sunetele găurilor negre apar în două frecvențe universale