Sydney Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kimyasal reaksiyonlarda çok önemli olan bir süreci 100 milyar kat yavaşlatarak doğrudan izlemek ve tasarlamak için ilk kez bir kuantum bilgisayar kullandılar.
Araştırmacıların moleküller içindeki ve arasındaki bu temel etkileşimleri kavrayarak, “malzeme bilimi, ilaç üretimi veya güneş enerjisi hasadında yeni bir olasılıklar evreni açabiliriz şeklinde açıklamada bulundular.
Ayrıca, duman üretimi ya da ozon tabakasının incelmesi gibi moleküllerin ve ışığın etkileşimine bağlı olan diğer prosedürlere de yardımcı olabilir.
Araştırma ekibi özellikle kimyada tipik bir geometrik şekil olan “konik kesişme” tarafından meydana getirilen tek bir atomun girişim desenini gözlemledi.
Konik kesişimler kimyada iyi bilinir ve fotosentez gibi hızlı fotokimyasal reaksiyonlar ve insan görüşü için ışık toplama için gereklidir.
1950’lerden bu yana kimyagerler kimyasal dinamiklerdeki bu geometrik süreçlere doğrudan tanık olmaya çalışmışlardır, ancak inanılmaz derecede hızlı zaman ölçekleri nedeniyle bu mümkün değildir.
Fizik ve Kimya Okulu, bu sorunu aşmak için yeni bir yöntemle tuzaklanmış iyon kuantum bilgisayarı kullanan bir deney geliştirdi. Bu son derece karmaşık sorunun nispeten küçük bir kuantum aygıtı üzerinde tasarlanması ve haritalanması sayesinde, süreci 100 milyar kat yavaşlatmayı başardılar. Çalışmanın sonuçları 28 Ağustos’ta Nature Chemistry dergisinde yayımlandı.
Kimya Fakültesi’nden Olaya Agudelo’ya göre doğadaki tüm süreç femtosaniyeler içinde tamamlanıyor. “Bu, saniyenin katrilyonda biri ya da saniyenin milyonda birinin milyarda biri demek.
Kimyasal dinamikleri femtosaniyelerden milisaniyelere yavaşlatmak için kuantum bilgisayarımızı kullanan bir sistem geliştirdik. Bu bize hassas ölçümler ve gözlemler kaydetme olanağı verdi.
“Bu daha önce hiç yapılmamıştı.”
Deneysel inceleme için çok hızlı gerçekleştiğinden, araştırmanın başyazarlarından ve Fizik Okulu’nda fizik profesörü olan Dr. Christophe Valahu, “Şimdiye kadar ‘geometrik faz’ dinamiklerini doğrudan gözlemleyemiyorduk.” diyerek bu sorunu kuantum teknolojilerini kullanarak çözdüklerini belirtti.
Valahu’ya göre bu, bir rüzgar tünelinde bir uçak kanadının etrafındaki hava akışı modellerini yeniden yaratmaya benziyor.
Bunun, sürecin dijital bir yaklaşımı değil, algılayabileceğimiz bir hızda ortaya çıkan kuantum dinamiklerinin doğrudan analog bir gözlemi olduğunu iddia etti.
Bitkilerin enerjilerini güneşten elde ettikleri fotosentez gibi foto-kimyasal reaksiyonlarda moleküller son derece yüksek hızda enerji transferi yaparlar. Bu değişim yerleri konik kesişmeler olarak bilinir.
Bu araştırma kuantum bilgisayarının dinamiklerini yavaşlattı ve fotokimyadaki konik geçişlerle ilgili tahmin edilen ancak hiç gözlemlenmeyen işaretleri ortaya çıkardı.
Sydney Üniversitesi Nano Enstitüsü Kimya Fakültesi’nden Doçent Ivan Kassal, araştırmanın yazarlarından biri ve ekibin lideri olarak şunları söyledi: “Bu büyüleyici sonuç, ultra hızlı dinamikleri (moleküllerin en hızlı zaman dilimlerinde nasıl değiştiğini) daha iyi anlamamıza yardımcı olacak.
Ülkedeki en iyi programlanabilir kuantum bilgisayarı Sydney Üniversitesi’nde mevcut, bu da bu deneyleri gerçekleştirmek için harika bir fırsat.
Deneyin kuantum bilgisayarı Profesör Michael Biercuk’un Kuantum Kontrol Laboratuvarında bulunuyor. Profesör Biercuk aynı zamanda kuantum şirketi Q-CTRL’in de yaratıcısıdır. Dr. Ting Rei Tan deneysel projeyi yönetmiştir.
“Makalenin yazarlarından Tan şunları söyledi: “Bu, kimya teorisyenleri ile deneysel kuantum fizikçileri arasında harika bir işbirliği. Bir süredir devam eden bir kimya sorununu çözmek için yeni fizik tekniklerinden yararlanıyoruz.
Kaynak: phys.org/news
