Ученые манипулируют квантовой механикой, чтобы замедлить химическую реакцию в 100 миллиардов раз
Впервые ученые непосредственно наблюдали молекулярный танец, который имеет решающее значение для основных химических реакций, таких как фотосинтез. И они сделали это, используя квантовый компьютер, чтобы замедлить химическую реакцию в ошеломляющие 100 миллиардов раз.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry, было сосредоточено на типе молекулярного взаимодействия, известном как коническое пересечение. Конические пересечения — это точки в геометрии молекул, в которых энергия между двумя поверхностями равна. Они действуют как воронки между электронными состояниями, обеспечивая быстрые переходы, ведущие к химическим реакциям. Конические пересечения происходят во многих реакциях, включая повседневные, такие как фотосинтез и реакции обнаружения света, которые происходят в сетчатке.
Однако, поскольку эти реакции происходят так быстро, ученые никогда не наблюдали коническое пересечение в действии. Для этого исследователи из Сиднейского университета использовали устройство, называемое квантовым компьютером с захваченными ионами, которое связывает квантовые частицы в электрические поля и манипулирует ими с помощью лазеров.
«В природе весь процесс завершается за фемтосекунды», — заявила соавтор исследования Ванесса Олайя Агудело. «Это миллиардная миллионная — или одна квадриллионная — секунды. Используя наш квантовый компьютер, мы построили систему, которая позволила нам замедлить химическую динамику с фемтосекунд до миллисекунд».
Это замедление позволило исследователям провести значимые измерения реакции по мере ее возникновения.
«Наш эксперимент не был цифровой аппроксимацией процесса — это было прямое аналоговое наблюдение квантовой динамики, разворачивающейся со скоростью, которую мы могли наблюдать», — сказал соавтор исследования Кристоф Валаху из Сиднейского университета.
По словам исследователей, понимание этой сверхбыстрой динамики может дать новое понимание химических реакций для различных применений.
«Именно понимая эти основные процессы внутри и между молекулами, мы можем открыть новый мир возможностей в области материаловедения, разработки лекарств или сбора солнечной энергии», — сказала Олайя Агудело. «Это также может помочь улучшить другие процессы, которые основаны на взаимодействии молекул со светом, например, создание смога или повреждение озонового слоя».
Обсудим?
Смотрите также:
