Des scientifiques utilisent un dispositif quantique pour ralentir 100 milliards de fois une réaction chimique simulée
Ce qui se produit en femtosecondes dans la nature peut désormais être observé en millisecondes en laboratoire
Des scientifiques de l'université de Sydney ont, pour la première fois, utilisé un ordinateur quantique pour concevoir et observer directement un processus essentiel dans les réactions chimiques en le ralentissant d'un facteur de 100 milliards de fois.
Les auteurs principaux, Vanessa Olaya Agudelo et Christophe Valahu, devant l'ordinateur quantique du Sydney Nanoscience Hub utilisé pour l'expérience.
Stefanie Zingsheim/University of Sydney
Vanessa Olaya Agudelo, co-chercheuse principale et étudiante en doctorat, a déclaré : "C'est en comprenant ces processus fondamentaux à l'intérieur des molécules et entre elles que nous pourrons ouvrir un nouveau monde de possibilités dans la science des matériaux, la conception de médicaments ou la collecte d'énergie solaire.
"Cela pourrait également contribuer à améliorer d'autres processus qui reposent sur l'interaction des molécules avec la lumière, comme la création du smog ou la détérioration de la couche d'ozone."
Plus précisément, l'équipe de recherche a observé le schéma d'interférence d'un seul atome causé par une structure géométrique courante en chimie appelée "intersection conique".
Les intersections coniques sont connues dans toute la chimie et sont essentielles aux processus photochimiques rapides tels que la récolte de la lumière dans la vision humaine ou la photosynthèse.
Depuis les années 1950, les chimistes ont essayé d'observer directement ces processus géométriques dans la dynamique chimique, mais il n'est pas possible de les observer directement en raison des échelles de temps extrêmement rapides impliquées.
Pour contourner ce problème, des chercheurs quantiques de l'École de physique et de l'École de chimie ont créé une expérience utilisant un ordinateur quantique à ions piégés d'une manière totalement nouvelle. Cela leur a permis de concevoir et de représenter ce problème très complexe sur un dispositif quantique relativement petit, puis de ralentir le processus par un facteur de 100 milliards.
Les résultats de leurs recherches sont publiés aujourd'hui dans la revue Nature Chemistry.
"Dans la nature, l'ensemble du processus est terminé en quelques femtosecondes", a déclaré Mme Olaya Agudelo, de l'École de chimie. "C'est un milliardième de millionième - ou un quadrillionième - de seconde.
"En utilisant notre ordinateur quantique, nous avons construit un système qui nous a permis de ralentir la dynamique chimique de la femtoseconde à la milliseconde. Cela nous a permis de faire des observations et des mesures significatives.
"Cela n'avait jamais été fait auparavant.
Le co-auteur principal, le Dr Christophe Valahu, de l'École de physique, a déclaré : "Jusqu'à présent, nous n'avons pas été en mesure d'obtenir des résultats significatifs : Jusqu'à présent, nous n'étions pas en mesure d'observer directement la dynamique de la "phase géométrique" ; elle se produit trop rapidement pour être sondée expérimentalement.
"En utilisant les technologies quantiques, nous avons résolu ce problème".
Selon le Dr Valahu, cela revient à simuler la configuration de l'air autour d'une aile d'avion dans une soufflerie.
"Notre expérience n'était pas une approximation numérique du processus, mais une observation analogique directe de la dynamique quantique se déroulant à une vitesse que nous pouvions observer", a-t-il déclaré.
Dans les réactions photochimiques telles que la photosynthèse, par laquelle les plantes tirent leur énergie du soleil, les molécules transfèrent de l'énergie à une vitesse fulgurante, formant des zones d'échange connues sous le nom d'intersections coniques.
Cette étude a ralenti la dynamique dans l'ordinateur quantique et a révélé les signes révélateurs prédits - mais jamais vus auparavant - associés aux intersections coniques en photochimie.
Le co-auteur et chef de l'équipe de recherche, le professeur associé Ivan Kassal de l'École de chimie et de l'Institut de nanotechnologie de l'Université de Sydney, a déclaré : "Ce résultat passionnant va nous aider à mieux comprendre le fonctionnement de l'ordinateur quantique : "Ce résultat passionnant nous aidera à mieux comprendre la dynamique ultrarapide, c'est-à-dire la façon dont les molécules se modifient aux échelles de temps les plus rapides.
"Il est formidable qu'à l'université de Sydney, nous ayons accès au meilleur ordinateur quantique programmable du pays pour réaliser ces expériences.
L'ordinateur quantique utilisé pour réaliser l'expérience se trouve dans le laboratoire de contrôle quantique du professeur Michael Biercuk, fondateur de la start-up quantique Q-CTRL. L'effort expérimental a été dirigé par le Dr Ting Rei Tan.
Le Dr Tan, coauteur de l'étude, a déclaré : "Il s'agit d'une collaboration fantastique entre la chimie et l'industrie : "Il s'agit d'une collaboration fantastique entre des théoriciens de la chimie et des physiciens quantiques expérimentaux. Nous utilisons une nouvelle approche de la physique pour résoudre un problème de longue date en chimie".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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