量子計算機以千億億次的慢鏡頭揭示化學反應

量子計算機可以處理傳統(tǒng)計算機無法處理的計算，而現在，澳大利亞的科學家們利用這種技術觀察到了肉眼通常無法看到的太快的東西。研究小組成功地將分子相互作用的速度放慢了1000億倍，從而觀察到了普通化學反應中的真實情況。

Vanessa Olaya Agudelo 和 Christophe Valahu 博士在悉尼納米科學中心用于實驗的量子計算機前原子和分子的微觀世界非常難以研究，這不僅是因為所有東西都非常小，還因為它們發(fā)生的速度遠遠超過了我們眼睛所能記錄的速度。例如，化學鍵的形成和斷裂以飛秒為單位，即四千萬億分之一秒。這使得我們很難準確理解一些關鍵過程中發(fā)生了什么。

在這項新研究中，悉尼大學的研究人員使用量子計算機放慢了其中一個超快過程。他們目睹了單個原子在遇到稱為錐形交叉點的幾何結構時發(fā)生的情況，這種結構在光合作用等化學反應中很常見。幾十年來，科學家們一直試圖直接觀察這些過程。

研究小組利用困離子量子計算機，將這一問題映射到一個相當小的量子設備上，從而將這一過程放慢了驚人的1000億倍。這使其達到了現有技術所能觀測和測量的速度。

這項研究的共同第一作者瓦內薩-奧拉亞-阿古德羅（Vanessa Olaya Agudelo）說：”在自然界中，整個過程在飛秒內就結束了。我們利用量子計算機建立了一個系統(tǒng)，可以將化學動力學從飛秒級放慢到毫秒級。這使我們能夠進行有意義的觀察和測量。這在以前是從未有過的。”

雖然這聽起來可能只是一種模擬，但研究小組表示，它更接近于一種受控環(huán)境實驗，與觀察飛機氣流動力學的風洞一脈相承。

這項研究的共同第一作者克里斯托夫-瓦拉胡（Christophe Valahu）博士說：”我們的實驗并不是對這一過程的數字近似–這是對量子動力學以我們可以觀察到的速度展開的直接模擬觀察。”

利用量子計算機進行這類實驗可以幫助科學家們更好地理解分子相互作用的快節(jié)奏世界，進而推動一系列領域的進步。

奧拉亞-阿古德羅說：”正是通過了解分子內部和分子之間的這些基本過程，我們才能在材料科學、藥物設計或太陽能收集等領域開辟出一片新天地。它還有助于改善其他依賴分子與光相互作用的過程，例如煙霧是如何產生的，臭氧層是如何遭到破壞的。”

這項研究發(fā)表在《自然-化學》雜志上。