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Aug 02, 2023

Gli scienziati utilizzano un dispositivo quantistico per rallentare la reazione chimica simulata 100 miliardi di volte

28 agosto 2023 Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso la credibilità del contenuto:

28 agosto 2023

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dall'Università di Sydney

Gli scienziati dell’Università di Sydney hanno, per la prima volta, utilizzato un computer quantistico per progettare e osservare direttamente un processo fondamentale nelle reazioni chimiche, rallentandolo di un fattore di 100 miliardi di volte.

Ricercatore capo congiunto e Ph.D. La studentessa Vanessa Olaya Agudelo ha affermato: "È attraverso la comprensione di questi processi di base all'interno e tra le molecole che possiamo aprire un nuovo mondo di possibilità nella scienza dei materiali, nella progettazione di farmaci o nella raccolta dell'energia solare.

"Potrebbe anche aiutare a migliorare altri processi che si basano sull'interazione delle molecole con la luce, come il modo in cui viene creato lo smog o il modo in cui viene danneggiato lo strato di ozono".

Nello specifico, il gruppo di ricerca ha osservato lo schema di interferenza di un singolo atomo causato da una struttura geometrica comune in chimica chiamata “intersezione conica”.

Le intersezioni coniche sono conosciute in tutta la chimica e sono vitali per rapidi processi fotochimici come la raccolta della luce nella visione umana o nella fotosintesi.

I chimici hanno cercato di osservare direttamente tali processi geometrici nella dinamica chimica sin dagli anni ’50, ma non è possibile osservarli direttamente dati i tempi estremamente rapidi coinvolti.

Per aggirare questo problema, i ricercatori quantistici della Scuola di Fisica e della Scuola di Chimica hanno creato un esperimento utilizzando un computer quantistico con ioni intrappolati in un modo completamente nuovo. Ciò ha permesso loro di progettare e mappare questo problema molto complicato su un dispositivo quantistico relativamente piccolo, e quindi di rallentare il processo di un fattore di 100 miliardi. I risultati della loro ricerca sono stati pubblicati il ​​28 agosto su Nature Chemistry.

"In natura, l'intero processo avviene in pochi femtosecondi", ha affermato Olaya Agudelo della Facoltà di Chimica. "È un miliardesimo di milionesimo, o un quadrilionesimo, di secondo.

"Utilizzando il nostro computer quantistico, abbiamo costruito un sistema che ci ha permesso di rallentare la dinamica chimica da femtosecondi a millisecondi. Ciò ci ha permesso di effettuare osservazioni e misurazioni significative.

"Questo non è mai stato fatto prima."

L'autore principale, il dottor Christophe Valahu della Scuola di Fisica, ha dichiarato: "Fino ad ora, non siamo stati in grado di osservare direttamente la dinamica della 'fase geometrica'; avviene troppo velocemente per poterla sondare sperimentalmente.

"Utilizzando le tecnologie quantistiche, abbiamo affrontato questo problema."

Valahu ha detto che è come simulare i modelli d'aria attorno all'ala di un aereo in una galleria del vento.

"Il nostro esperimento non era un'approssimazione digitale del processo: si trattava di un'osservazione analogica diretta della dinamica quantistica che si svolgeva a una velocità che potevamo osservare", ha detto.

Nelle reazioni fotochimiche come la fotosintesi, mediante la quale le piante ottengono energia dal sole, le molecole trasferiscono energia alla velocità della luce, formando aree di scambio note come intersezioni coniche.

Questo studio ha rallentato la dinamica del computer quantistico e ha rivelato le caratteristiche rivelatrici previste, ma mai viste prima, associate alle intersezioni coniche nella fotochimica.

Il coautore e leader del gruppo di ricerca, il professore associato Ivan Kassal della Scuola di Chimica e del Nano Institute dell'Università di Sydney, ha dichiarato: "Questo entusiasmante risultato ci aiuterà a comprendere meglio le dinamiche ultraveloci, ovvero come le molecole cambiano in tempi più rapidi.

"È straordinario che all'Università di Sydney abbiamo accesso al miglior computer quantistico programmabile del paese per condurre questi esperimenti."