دانشمندان برای اولین بار، موفق شدند در نوعی شبیه سازی و با استفاده از یک رایانه کوانتومی یک واکنش شیمیایی را حدود ۱۰۰ میلیارد بار آهسته کنند.
به گفته ونسا اولایا آگودلو پژوهشگر ارشد این مطالعه، 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.
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.
به گفته پژوهشگران، استفاده از رایانه کوانتومی خود سامانه ای ساختیم که به ما امکان داد دینامیک شیمیایی را از فمتوثانیه به میلیثانیه کاهش دهیم.
این روش به ما نشان داد مشاهدات و اندازهگیریهای معناداری انجام دهیم. این کار قبلاً هرگز انجام نشده است.
به گفته نویسنده ارشد این مطالعه از دانشکده فیزیک، تاکنون 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.
همچنین، 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.
بنابر گفته استادیار دانشکده شیمی و موسسه نانو دانشگاه سیدنی و یکی از نویسندگان و رهبر این تیم تحقیقاتی، 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.
به گفته یکی از نویسندگان این مطالعه، 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.