量子计算机以千亿亿次的慢镜头揭示化学反应
来源:cnBeta
发布时间：2023-08-31 12:43:16
量子计算机可以处理传统计算机无法处理的计算，而现在，澳大利亚的科学家们利用这种技术观察到了肉眼通常无法看到的太快的东西。研究小组成功地将分子相互作用的速度放慢了1000亿倍，从而观察到了普通化学反应中的真实情况。
【资料图】
Vanessa Olaya Agudelo 和 Christophe Valahu 博士在悉尼纳米科学中心用于实验的量子计算机前
原子和分子的微观世界非常难以研究，这不仅是因为所有东西都非常小，还因为它们发生的速度远远超过了我们眼睛所能记录的速度。例如，化学键的形成和断裂以飞秒为单位，即四千万亿分之一秒。这使得我们很难准确理解一些关键过程中发生了什么。
在这项新研究中，悉尼大学的研究人员使用量子计算机放慢了其中一个超快过程。他们目睹了单个原子在遇到称为锥形交叉点的几何结构时发生的情况，这种结构在光合作用等化学反应中很常见。几十年来，科学家们一直试图直接观察这些过程。
研究小组利用困离子量子计算机，将这一问题映射到一个相当小的量子设备上，从而将这一过程放慢了惊人的1000亿倍。这使其达到了现有技术所能观测和测量的速度。
这项研究的共同第一作者瓦内萨-奥拉亚-阿古德罗（Vanessa Olaya Agudelo）说："在自然界中，整个过程在飞秒内就结束了。我们利用量子计算机建立了一个系统，可以将化学动力学从飞秒级放慢到毫秒级。这使我们能够进行有意义的观察和测量。这在以前是从未有过的。"
虽然这听起来可能只是一种模拟，但研究小组表示，它更接近于一种受控环境实验，与观察飞机气流动力学的风洞一脉相承。
这项研究的共同第一作者克里斯托夫-瓦拉胡（Christophe Valahu）博士说："我们的实验并不是对这一过程的数字近似--这是对量子动力学以我们可以观察到的速度展开的直接模拟观察。"
利用量子计算机进行这类实验可以帮助科学家们更好地理解分子相互作用的快节奏世界，进而推动一系列领域的进步。
奥拉亚-阿古德罗说："正是通过了解分子内部和分子之间的这些基本过程，我们才能在材料科学、药物设计或太阳能收集等领域开辟出一片新天地。它还有助于改善其他依赖分子与光相互作用的过程，例如烟雾是如何产生的，臭氧层是如何遭到破坏的。"
这项研究发表在《自然-化学》杂志上。研究小组在下面的视频中介绍了这项工作。
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