Временной квантовый микроскоп: учёные впервые наблюдали за самыми стремительными химическими процессами

Исследователи Сиднейского университета впервые осуществили квантовое моделирование реальных молекулярных динамик с использованием ионного компьютера. Эти результаты открывают перспективы для точного анализа ультрабыстрых световых реакций — процессов, имеющих важное значение для медицины, энергетики и материаловедения.

Под руководством профессора Ивана Кассала и доктора Тингрея Тана была проведена симуляция взаимодействия света с тремя специфическими молекулами: алленом (C₃H₄), бутатриеном (C₄H₄) и пиразином (C₄N₂H₄). Метод оказался в миллион раз менее затратным по ресурсам по сравнению с традиционными квантовыми технологиями. Эта технология позволяет воспроизводить процессы, происходящие в фемтосекундном масштабе (10^-15 секунды), замедляя их в 100 миллиардов раз — до миллисекунд, что делает их доступными для наблюдения.

«Традиционные квантовые расчёты охватывали лишь статические свойства, такие как энергия молекул. Теперь мы можем мгновенно проследить, как свет воздействует на их структуру», — пояснил Кассал. Уникальный метод позволяет проводить симуляции с использованием одного иона, в отличие от цифровых квантовых компьютеров, которым понадобилось бы 11 кубитов и 300 000 операций.

Исследование основывалось на работе 2023 года, в которой команда замедлила абстрактные квантовые процессы. Теперь учёные перешли к изучению реальных молекул — это прорыв, важный для практического применения. Моделирование фотоиндуцированных реакций может помочь понять, как ультрафиолет повреждает ДНК, оптимизировать фототерапии рака или улучшить эффективность солнечных панелей.

Доктор Тан подчеркнул, что современные суперкомпьютеры не справляются с расчётами сложных молекулярных взаимодействий, тогда как квантовые симуляции позволяют обойти эти ограничения. Это ускорит анализ процессов фотосинтеза и разработку «умных» материалов для медицины.

Прорыв Сиднейского университета демонстрирует готовность квантовых технологий к практическому применению. В ближайшие годы это может сократить время экспериментов с лет до дней, содействуя ускоренной разработке лекарств, материалов и экологически чистой энергетики.

 

Источник: iXBT