Shkencëtarët përdorin pajisje kuantike për të ngadalësuar reaksionin kimik të simuluar 100 miliardë herë

Shkencëtarët në Universitetin e Sidneit, për herë të parë, kanë përdorur një kompjuter kuantik për të inxhinieruar dhe vëzhguar drejtpërdrejt një proces kritik në reaksionet kimike duke e ngadalësuar atë me një faktor prej 100 miliardë herë.

Hulumtues i përbashkët kryesor dhe Ph.D. studentja, Vanessa Olaya Agudelo, tha: “Është duke kuptuar këto procese bazë brenda dhe ndërmjet molekulave që ne mund të hapim një botë të re mundësish në shkencën e materialeve , dizajnimin e ilaçeve ose mbledhjen e energjisë diellore .

“Ai mund të ndihmojë gjithashtu në përmirësimin e proceseve të tjera që mbështeten në molekulat që ndërveprojnë me dritën, si për shembull se si krijohet smogu ose si dëmtohet shtresa e ozonit.”

Në mënyrë të veçantë, ekipi hulumtues dëshmoi modelin e ndërhyrjes së një atomi të vetëm të shkaktuar nga një strukturë e zakonshme gjeometrike në kimi e quajtur “kryqëzimi konik”.

Kryqëzimet konike janë të njohura në të gjithë kiminë dhe janë jetike për proceset e shpejta foto-kimike siç është mbledhja e dritës në shikimin e njeriut ose fotosinteza.

Kimistët janë përpjekur të vëzhgojnë drejtpërdrejt procese të tilla gjeometrike në dinamikën kimike që nga vitet 1950, por nuk është e mundur të vëzhgohen drejtpërdrejt duke pasur parasysh shkallët kohore jashtëzakonisht të shpejta të përfshira.

Për të kapërcyer këtë problem, studiuesit kuantikë në Shkollën e Fizikës dhe Shkollën e Kimisë krijuan një eksperiment duke përdorur një kompjuter kuantik me jon të bllokuar në një mënyrë krejtësisht të re. Kjo i lejoi ata të hartonin dhe hartonin këtë problem shumë të ndërlikuar në një pajisje kuantike relativisht të vogël – dhe më pas të ngadalësonin procesin me një faktor prej 100 miliardë. Gjetjet e tyre kërkimore janë publikuar më 28 gusht në Nature Chemistry .

“Në natyrë, i gjithë procesi përfundon brenda femtosekondave,” tha Olaya Agudelo nga Shkolla e Kimisë. “Kjo është një e miliarda e një milionte – ose një kuadriliontë – e sekondës.

“Duke përdorur kompjuterin tonë kuantik, “ne ndërtuam një sistem që na lejoi të ngadalësojmë dinamikën kimike nga femtosekonda në milisekonda. Kjo na lejoi të bënim vëzhgime dhe matje kuptimplote.

“Kjo nuk është bërë kurrë më parë.”

Autori i përbashkët kryesor Dr. Christophe Valahu nga Shkolla e Fizikës tha: “Deri më tani, “ne nuk kemi qenë në gjendje të vëzhgojmë drejtpërdrejt dinamikën e ‘fazës gjeometrike’; kjo ndodh shumë shpejt për t’u hetuar eksperimentalisht.

“Duke përdorur teknologjitë kuantike, “ne e kemi adresuar këtë problem.”

Valahu tha se është e ngjashme me simulimin e modeleve të ajrit rreth një krahu avioni në një tunel me erë.

“Eksperimenti ynë nuk ishte një përafrim dixhital i procesit – ky ishte një vëzhgim i drejtpërdrejtë analog i dinamikës kuantike që shpaloset me një shpejtësi që ne mund të vëzhgonim,” tha ai.

Në reaksionet foto-kimike të tilla si fotosinteza, me anë të të cilave bimët marrin energjinë e tyre nga dielli, molekulat transferojnë energji me shpejtësi rrufeje, duke formuar zona shkëmbimi të njohura si kryqëzime konike.

Ky studim ngadalësoi dinamikën në kompjuterin kuantik dhe zbuloi shenjat treguese të parashikuara – por të papara kurrë më parë – të lidhura me kryqëzimet konike në fotokimi.

Bashkëautori dhe udhëheqësi i ekipit hulumtues, Profesor i asociuar Ivan Kassal nga Shkolla e Kimisë dhe Instituti Nano i Universitetit të Sydney-t, tha: “Ky rezultat emocionues do të na ndihmojë të kuptojmë më mirë dinamikën ultra të shpejtë – si ndryshojnë molekulat në shkallët më të shpejta kohore.

“Është e jashtëzakonshme që në Universitetin e Sidneit kemi akses në kompjuterin kuantik më të mirë të programueshëm të vendit për të kryer këto eksperimente.”

Kompjuteri kuantik i përdorur për të kryer eksperimentin ndodhet në Laboratorin e Kontrollit Kuantik të Profesor Michael Biercuk, themeluesit të startup-it kuantik, Q-CTRL. Përpjekja eksperimentale u drejtua nga Dr. Ting Rei Tan.

Tan, një bashkautor i studimit, tha: “Ky është një bashkëpunim fantastik midis teoricienëve të kimisë dhe fizikantëve kuantikë eksperimentalë. “Ne po përdorim një qasje të re në fizikë për të trajtuar një problem të gjatë në kimi.”