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Aug 02, 2023

Cientistas usam dispositivo quântico para desacelerar reação química simulada 100 bilhões de vezes

28 de agosto de 2023 Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

28 de agosto de 2023

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pela Universidade de Sydney

Cientistas da Universidade de Sydney usaram, pela primeira vez, um computador quântico para projetar e observar diretamente um processo crítico nas reações químicas, desacelerando-o por um fator de 100 bilhões de vezes.

Pesquisador principal conjunto e Ph.D. a estudante Vanessa Olaya Agudelo disse: "É compreendendo esses processos básicos dentro e entre as moléculas que podemos abrir um novo mundo de possibilidades na ciência dos materiais, no design de medicamentos ou na captação de energia solar.

"Também poderia ajudar a melhorar outros processos que dependem de moléculas interagindo com a luz, como a forma como a poluição atmosférica é criada ou como a camada de ozônio é danificada."

Especificamente, a equipe de pesquisa testemunhou o padrão de interferência de um único átomo causado por uma estrutura geométrica comum em química chamada “interseção cônica”.

As interseções cônicas são conhecidas em toda a química e são vitais para processos fotoquímicos rápidos, como a captação de luz na visão humana ou a fotossíntese.

Os químicos têm tentado observar diretamente tais processos geométricos na dinâmica química desde a década de 1950, mas não é viável observá-los diretamente, dados os prazos extremamente rápidos envolvidos.

Para contornar esse problema, pesquisadores quânticos da Escola de Física e da Escola de Química criaram um experimento usando um computador quântico de íons aprisionados de uma maneira completamente nova. Isto permitiu-lhes conceber e mapear este problema muito complicado num dispositivo quântico relativamente pequeno – e depois abrandar o processo por um factor de 100 mil milhões. Os resultados de suas pesquisas foram publicados em 28 de agosto na Nature Chemistry.

“Na natureza, todo o processo termina em femtossegundos”, disse Olaya Agudelo, da Escola de Química. “Isso é um bilionésimo de milionésimo – ou um quatrilionésimo – de segundo.

"Usando nosso computador quântico, construímos um sistema que nos permitiu desacelerar a dinâmica química de femtossegundos para milissegundos. Isso nos permitiu fazer observações e medições significativas.

"Isso nunca foi feito antes."

O autor principal conjunto, Dr. Christophe Valahu, da Escola de Física, disse: "Até agora, não conseguimos observar diretamente a dinâmica da 'fase geométrica'; ela acontece muito rápido para ser investigada experimentalmente.

"Usando tecnologias quânticas, resolvemos esse problema."

Valahu disse que é semelhante a simular os padrões do ar ao redor da asa de um avião em um túnel de vento.

“Nosso experimento não foi uma aproximação digital do processo – foi uma observação analógica direta da dinâmica quântica que se desenrolava a uma velocidade que podíamos observar”, disse ele.

Em reações fotoquímicas como a fotossíntese, pela qual as plantas obtêm energia do sol, as moléculas transferem energia na velocidade da luz, formando áreas de troca conhecidas como interseções cônicas.

Este estudo desacelerou a dinâmica do computador quântico e revelou as características reveladoras previstas - mas nunca antes vistas - associadas às interseções cônicas na fotoquímica.

O coautor e líder da equipe de pesquisa, professor associado Ivan Kassal, da Escola de Química e do Nano Institute da Universidade de Sydney, disse: "Este resultado emocionante nos ajudará a entender melhor a dinâmica ultrarrápida - como as moléculas mudam nas escalas de tempo mais rápidas.

“É tremendo que na Universidade de Sydney tenhamos acesso ao melhor computador quântico programável do país para conduzir estas experiências.”