محققان برای اولین‌بار با کامپیوتر کوانتومی، یک واکنش شیمیایی را 100 میلیارد بار کُند کردند

تیم تحقیقاتی دانشمندان برای اولین‌بار یک برهم‌کنش مشترک در شیمی کوانتومی را با استفاده از یک کامپیوتر کوانتومی با سرعتی ۱۰۰ میلیارد برابر از حد معمول کند کرده و وضعیت آن را مشاهده کردند.

این برهم‌کنش‌ها که به‌عنوان تقاطع مخروطی شناخته می‌شوند، مدت‌هاست که مورد بررسی قرار دارند، اما معمولاً در فمتوثانیه (چهار میلیاردم ثانیه) به پایان می‌رسند و انجام مشاهدات به‌صورت مستقیم را غیرممکن می‌کنند.

به‌طور کلی، کامپیوترهای کوانتومی در شبیه‌سازی انواع واکنش‌ها و برهم‌کنش‌ها نقش مهمی بر عهده دارند. درک بهتر این موارد به این معنی است که ما ایده بهتری در مورد نحوه استفاده از آن‌ها داریم.

تیم تحقیقاتی از دانشگاه سیدنی در استرالیا و دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، این واکنش را با استفاده از یک ذره باردار به‌دام‌افتاده در یک میدان مورد بررسی قرار دادند. درنتیجه توانستند آن فرایند را به‌صورت دقیق‌تری بررسی کنند.

کندکردن فرایند واکنش شیمیایی برای اولین‌بار

«ونسا اولایا آگودلو» از دانشکده شیمی دانشگاه سیدنی می‌گوید: «با استفاده از رایانه کوانتومی، سیستمی ایجاد کردیم که به ما کمک می‌کند دینامیک شیمیایی را از فمتوثانیه به میلی‌ثانیه کاهش دهیم.»

با این رویکرد، دانشمندان می‌توانند مشاهدات و اندازه‌گیری‌های معناداری را به انجام برسانند. این فرایند تاکنون انجام نشده است. تقاطع‌های مخروطی، انتقال سریع انرژی را بین سطوح انرژی پتانسیل درون مولکول‌ها توصیف می‌کنند. به‌این‌ترتیب، آن‌ها به بهترین وجه با استفاده از زبان و ریاضیات فیزیک کوانتومی، شامل میدان‌های همپوشانی و تغییر امواج رفتار ذرات توصیف می‌شوند.

از نظر شیمیایی، واکنش‌های کوانتومی واکنش‌های مبتنی بر نور را در انواع سناریوها، مانند فتوسنتز و واکنش‌های چشم انسان، کنترل می‌کنند. دانشمندان این کار را با کامپیوتر کوانتومی انجام دادند.

هنگامی که این فرایند پیچیده انجام شد، تیم توانست همه‌چیز را کندتر کند تا بتوان آن را مشاهده کرد. دانشمندان این را با مشاهدات آیرودینامیک روی بال هواپیما در یک تونل باد مقایسه می‌کنند.

از آنجایی که تقاطع‌‌های مخروطی در فتوشیمی بسیار رایج است، تحقیقات جدید در بسیاری از زمینه‌های تحقیقاتی بسیار مفید خواهد بود. این نشان می‌دهد که چگونه می‌توان بینش‌های جدیدی را از طریق پژوهشگران حوزه‌های مختلف علم که باهم کار می‌کنند، یافت.

این تحقیق در نشریه Nature Chemistry منتشر شده است.