Ученые замедлили химическую реакцию в 100 миллиардов раз, чтобы увидеть, что произойдет
Ученым впервые удалось наблюдать общее взаимодействие в квантовой химии, используя квантовый компьютер, который отслеживал этот процесс со скоростью, в 100 миллиардов раз медленнее обычной.
Известен как конический пересечении, о взаимодействиях давно известно, но обычно они заканчиваются всего за фемтосекунды – квадриллионы секунды – что делает невозможным проведение прямых наблюдений.
Исследовательская группа из Сиднейского университета в Австралии и Калифорнийского университета в Сан-Диего вместо этого отслеживала реакцию с помощью заряженная частица, пойманная в поле, что позволяет им следовать версии процесса, который длился относительную вечность.
«Используя наш квантовый компьютер, мы создали систему, которая позволила нам замедлить химическую динамику с фемтосекунд до миллисекунд», — говорит Ванесса Олайя. Агудело из Школы химии Сиднейского университета.
«Это позволило нам проводить значимые наблюдения и измерения. Это никогда не делалось раньше».
Конические пересечения описывают быстрая передача энергии между поверхностями потенциальной энергии внутри молекул. По существу, их лучше всего описывать с помощью языка и математики квантовой физики, включая перекрывающиеся поля и изменяющиеся волны поведения частиц.
С химической точки зрения, квантовые реакции управляют реакциями на основе света во всех сценариях. , такие как фотосинтез и реакции в человеческом глазу.
Это исследование стало возможным благодаря тому, что ученые смогли сопоставить изменение состояния электрона с особенностями системы с помощью квантового компьютера с захваченными ионами, где электрические поля захватывают, а лазеры манипулируют.
После того, как этот сложный процесс был выполнен, команда смогла замедлить все, чтобы его можно было наблюдать. Ученые сравнивают это с наблюдением аэродинамики на крыле самолета в аэродинамической трубе.
«Наш эксперимент не был цифровой аппроксимацией процесса – это было прямое аналоговое наблюдение квантовой динамики, разворачивающейся при скорость, которую мы могли бы наблюдать», — говорит Кристоф Валаху из Школы физики Сиднейского университета.
Поскольку конические пересечения настолько распространены в фотохимии, новое исследование будет чрезвычайно полезно во многих областях. направлений исследований. Он показывает, как новые идеи могут быть получены благодаря совместной работе исследователей из разных областей науки.
В целом, квантовые компьютеры открывают большие перспективы, когда дело доходит до моделирования всех видов реакций и взаимодействий. Лучшее понимание самых быстрых и мельчайших событий означает, что у нас есть лучшее представление о том, как их использовать.
«Именно понимая эти основные процессы внутри и между молекулами, мы можем открыть новый мир возможностей в области материаловедения, разработки лекарств или сбора солнечной энергии», — говорит Олайя Агудело.
«Это также может помочь улучшить другие процессы, основанные на взаимодействии молекул со светом, например, создание смога». или как повреждается озоновый слой».
Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.
