دانشمندان با استفاده از رایانه کوانتومی سرعت یک واکنش شیمیایی را ۱۰۰ میلیارد برابر کاهش دادند

پژوهشگران با استفاده از یک دستگاه کوانتومی برای نخستین بار فرایند مولکولی به نام «تقاطع مخروطی» را مشاهده کردند. به گفته آن‌ها، این فرایند در واکنش‌هایی از جمله فتوسنتز اهمیت دارد. به گزارش لایوساینس، دانشمندان این کار را با استفاده از یک رایانه کوانتومی انجام داده‌ و موفق شده‌اند سرعت یک واکنش شیمیایی را به میزان شگفت‌انگیز ۱۰۰ میلیارد بار کاهش دهند.

به گزارش ایتنا و به نقل از ایندیپندنت، محور اصلی این مطالعه جدید که ۲۸ اوت در مجله «نیچر کمیستری» منتشر شد، بر نوعی برهمکنش مولکولی به نام «تقاطع مخروطی» متمرکز بود. تقاطع‌های مخروطی نقاطی در هندسه مولکول‌ها به شمار می‌روند که در آن، انرژی بین دو سطح برابر است. به گفته دانشمندان، تقاطع‌های مخروطی تا حدی شبیه قیف میان حالت‌های الکترونیکی عمل می‌کنند و امکان انتقال سریع را که در طول واکنش‌های شیمیایی رخ می‌دهد، فراهم می‌کنند. تقاطع‌های مخروطی در بسیاری از واکنش‌ها، از جمله واکنش‌های رایج و روزمره‌ای مانند فتوسنتز و حتی واکنش‌های تشخیص نور که در شبکیه چشم رخ می‌د‌هند، نیز وجود دارند.

از آنجا که این واکنش‌ها بسیار سریع اتفاق می‌افتند، دانشمندان هرگز در عمل یک تقاطع مخروطی را مشاهده نکرده بودند. پژوهشگران دانشگاه سیدنی برای این کار از دستگاهی به نام «رایانه کوانتومی یون گیرافتاده» استفاده کردند که ذرات کوانتومی را در میدان‌های الکتریکی به دام می‌اندازد و آن‌ها را با لیزر دستکاری می‌کند.

 

ونسا اولایا آگودلو، دانشجوی دکترای شیمی که یکی از نویسندگان این مقاله جدید است، می‌گوید در طبیعت، کل فرایند طی یک فمتوثانیه یعنی یک میلیون میلیاردم ثانیه به پایان می‌رسد. او می‌گوید دانشمندان با استفاده از این رایانه کوانتومی، سیستمی ساختند که به آن‌ها امکان داد دینامیک شیمیایی را از فمتوثانیه به میلی‌ثانیه کاهش دهند. این کاهش سرعت به پژوهشگران امکان داد از واکنش در زمان وقوع آن اندازه‌گیری‌های هدفمند و معناداری انجام دهند.

کریستف والاهو، فیزیک‌دان دانشگاه سیدنی و یکی از نویسندگان این مقاله، می‌گوید این آزمایش، تقریبی دیجیتالی از فرایند نبود، بلکه یک مشاهده مستقیم آنالوگ از دینامیک کوانتومی بود که با سرعتی که می‌توان مشاهده کرد، آشکار می‌شد.

به گفته محققان، درک این دینامیک فوق‌سریع می‌تواند شناخت و درک جدیدی در مورد ‌واکنش‌های شیمیایی برای کاربردهای مختلف در اختیار دانشمندان بگذارد. اولایا آگودلو نیز در همین زمینه افزود که دانشمندان با درک فرایندهای اساسی درونی و بین مولکول‌ها می‌توانند دنیای جدیدی از امکانات را در علم مواد، طراحی دارو یا ذخیره انرژی خورشیدی را به رویمان باز کنند.

این کشف همچنین می‌تواند به بهبود فرایندهای دیگری از جمله چگونگی ایجاد مه‌دود یا نحوه آسیب‌دیدگی لایه اوزون که بر پایه مولکول‌هایی‌اند که با نور برهم‌کنش دارند، نیز کمک کند.