ТАСС, 28 августа. Ученые из Австралии и Европы использовали ионный квантовый компьютер, чтобы замедлить в 100 млрд раз химическую реакцию и детально изучить так называемое коническое пересечение: квантовый феномен, позволяющий частицам света, атомам и молекулам практически мгновенно взаимодействовать. Об этом сообщила пресс-служба Сиднейского университета. Исследование было опубликовано в понедельник в журнале Nature Chemistry.
"В природе этот процесс протекает за несколько фемтосекунд, что примерно равно миллиардной доле микросекунды. Мы использовали созданный нами квантовый компьютер для создания системы, которая позволила нам замедлить этот процесс с фемтосекундного уровня на миллисекундный уровень, и впервые измерить и изучить его. Ранее этого никому не удавалось сделать", - заявила научный сотрудник Сиднейского университета Ванесса Агудело, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как отмечают Агудело и ее коллеги, взаимодействия между самыми простыми молекулами длятся несколько десятков фемтосекунд, квадриллионных долей секунды. За это время атомы исходных реагентов успевают провзаимодействовать друг с другом и занять новые позиции. Электроны в этих атомах успевают поменять свои позиции еще быстрее, за десятки или сотни аттосекунд, тысячных долей фемтосекунды.
Долгое время ученые считали, что подобные процессы изучить невозможно, однако недавно часть из них удалось исследовать при помощи сверхбыстрых лазеров и ускорителей частиц. При этом другие фундаментальные процессы, играющие важную роль в запуске реакций, по-прежнему остаются слишком скоротечными для того, чтобы ученые могли их увидеть напрямую.
Квантовое замедление химических реакций
Ученые смогли проследить за одним из самых скоротечных процессов такого рода, который физики называют коническим пересечением. Под этим словом ученые понимают особый тип сверхбыстрых квантовых взаимодействий между атомами, молекулами и частицами света, при которых их энергетические характеристики определенным образом пересекаются. Они особенно часто возникают в реакциях, связанных с фотосинтезом, работой органов зрения и фотокатализаторов.
Физики обнаружили, что этот процесс можно воспроизвести при помощи созданного ими квантового компьютера на базе ионных кудитов, многоуровневых квантовых ячеек памяти. Для этого необходимо закодировать энергетические состояния молекул внутри кудитов и соединить их с квантовым резонатором, который воспроизводит то, как вибрируют связи в молекулах.
Как объясняют исследователи, последующие изменения в состоянии квантовых ячеек памяти полностью отражают то, как протекает коническое пересечение, однако при этом состояние кудитов меняется в сотни миллиардов раз медленнее, чем протекает реальная реакция. Это позволило ученым впервые проследить за ней и подтвердить правоту общепринятой теоретической модели, которая описывает это квантовое явление.
Новые данные, по словам авторов, позволят физикам и химикам лучше понимать то, как формируются молекулы лекарств, как происходит распад озона и формирование смога в результате сверхбыстрых взаимодействий между частицами света и молекулами. Кроме того, аналогичным образом можно замедлить и изучить и другие скоротечные процессы в химии.
