واکنش شیمیایی ۱۰۰ میلیارد بار آهسته‌تر با رایانه کوانتومی!

دانشمندان با استفاده از یک رایانه کوانتومی برای اولین بار یک واکنش شیمیایی خاص را با کاهش سرعت آن به میزان ۱۰۰ میلیارد برابر مشاهده کردند.

کد خبر: ۶۵۰۳۳۴

تاریخ: ۰۸ شهريور ۱۴۰۲ - ۱۳:۱۳

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از نیو اطلس، برای اولین بار، دانشمندان موفق شدند در یک شبیه‌سازی، یک واکنش شیمیایی را حدود ۱۰۰ میلیارد بار آهسته کنند.

پژوهشگران با استفاده از یک رایانه کوانتومی، این واکنش را در حرکت فوق‌العاده آهسته شبیه‌سازی و سپس مشاهده کردند.

حرکت فوق آهسته

ونسا اولایا آگودلو پژوهشگر ارشد این مطالعه توضیح داد: با درک این فرآیندهای اساسی در داخل و میان مولکول‌هاست که می‌توانیم دنیای جدیدی از امکانات را در علم مواد، طراحی دارو یا برداشت انرژی خورشیدی باز کنیم.

وی افزود: همچنین می‌تواند به بهبود فرآیندهای دیگری که متکی به مولکول‌های در تعامل با نور هستند، مانند نحوه ایجاد مه یا نحوه آسیب‌دیدگی لایه اوزون کمک کند.

این گروه پژوهشی یک الگوی تداخلی از یک اتم را به دلیل «تقاطع مخروطی»؛ یک ساختار هندسی رایج در شیمی مشاهده کردند. اینها نقش مهمی در فرآیندهای فتوشیمیایی سریع، مانند برداشت نور در بینایی انسان و فتوسنتز دارند.

شیمیدانان از دهه ۱۹۵۰ تلاش کرده‌اند فرآیندهای هندسی را در دینامیک شیمیایی مشاهده کنند، اما مشاهده مستقیم آنها به دلیل مقیاس‌های زمانی سریع امکان‌پذیر نیست.

اکنون گروهی از پژوهشگران کوانتومی از دانشکده فیزیک و دانشکده شیمی دانشگاه سیدنی رویکرد جدیدی را برای حل یک مسئله پیچیده با استفاده از یک رایانه کوانتومی به دام انداخته‌ی یون ایجاد کرده‌اند.

این روش ابتکاری به آنها اجازه داد تا به طور مؤثر مشکل را روی یک دستگاه کوانتومی نسبتا کوچک ترسیم کنند و این روند را با ضریب چشمگیر ۱۰۰ میلیاردم آهسته کنند.

اولایا آگودلو از دانشکده شیمی گفت: در طبیعت، کل این فرآیند در عرض چند فمتوثانیه به پایان می‌رسد. صحبت از یک میلیاردم میلیونیم یا یک کوادریلیوم ثانیه است.

پژوهشگران می‌گویند: ما با استفاده از رایانه کوانتومی خود سیستمی ساختیم که به ما امکان می‌داد دینامیک شیمیایی را از فمتوثانیه به میلی‌ثانیه کاهش دهیم. این به ما امکان می‌داد مشاهدات و اندازه‌گیری‌های معناداری انجام دهیم. این کار قبلاً هرگز انجام نشده است.

دکتر کریستف والاهو، نویسنده ارشد این مطالعه از دانشکده فیزیک گفت: تاکنون ما قادر به مشاهده مستقیم دینامیک «حالت هندسی» نبوده‌ایم. این فرآیند بسیار سریع اتفاق می‌افتد و نمی‌توانستیم به صورت تجربی آن را کاوش کنیم. اما اکنون با استفاده از فناوری‌های کوانتومی به این مشکل فائق آمده‌ایم.

وی افزود: آزمایش ما یک تقریب دیجیتالی از این فرآیند نبود، این یک مشاهده مستقیم آنالوگ از دینامیک کوانتومی بود که با سرعتی که ما می‌توانستیم مشاهده کنیم، آشکار شد. در واکنش‌های فتوشیمیایی مانند فتوسنتز که به وسیله آن گیاهان از خورشید انرژی می‌گیرند، مولکول‌ها به سرعت انرژی را انتقال می‌دهند و مناطق تبادلی به نام «تقاطع مخروطی» ایجاد می‌کنند. این مطالعه با کاهش سرعت دینامیک در رایانه کوانتومی، علائم مشخص مرتبط با تقاطع‌های مخروطی در فتوشیمی را نشان داد.

ایوان کاسال استادیار دانشکده شیمی و موسسه نانو دانشگاه سیدنی و یکی از نویسندگان و رهبر این تیم تحقیقاتی توضیح داد: این نتیجه هیجان انگیز به ما کمک می‌کند تا دینامیک فوق سریع را بهتر درک کنیم، یعنی اینکه چگونه مولکول‌ها در سریع‌ترین زمان‌ها تغییر می‌کنند.

وی افزود: این فوق العاده است که در دانشگاه سیدنی ما به بهترین رایانه کوانتومی قابل برنامه‌ریزی کشور برای انجام این آزمایش‌ها دسترسی داریم.

یک دستاورد فوق‌العاده

این آزمایش با استفاده از رایانه کوانتومی در آزمایشگاه کنترل کوانتومی که توسط پروفسور مایکل بیرکوک تأسیس شده است، انجام شد. دکتر تینگ ری تان این تلاش را رهبری کرد.

دکتر تان یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: این یک همکاری فوق‌العاده بین نظریه پردازان شیمی و فیزیکدانان کوانتوم تجربی است. ما از یک رویکرد جدید در فیزیک برای مقابله با یک مشکل قدیمی در شیمی استفاده می‌کنیم.

این مطالعه در مجله Nature Chemistry منتشر شده است.