科学家操纵量子力学来将一个化学反应减慢1000亿倍

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By Stephanie Pappas

2023/9/5

Chemistry

用一种量子装置，研究人员首次观测到一种叫圆锥截面的在诸如光合作用等反应中是重要的分子过程。

用量子计算机拍摄的被减慢的化学反应的一幅静止图像。 (Image credit: University of Sydney)

科学家们首次已经直接观测到一种对诸如光合作用等基本化学反应是至关重要的分子舞蹈。他们通过用一台量子计算机来将一个化学反应减慢到一个令人难以置信的1000亿倍已经做到了这一点。

这项新研究于8月28日发表在《自然化学》杂志上，集中在一种叫一个圆锥截面的分子相互作用上。圆锥截面是在分子的几何形状中在那里两个表面之间能量是相等的点。它们起有点像电子状态之间的漏斗一样的作用，允许预兆跟着的化学反应的快速过渡。锥形截面发生在许多反应中，包括光合作用等日常反应和在视网膜中发生的光检测反应。

然而，因为这些反应如此之快发生，科学家们从未观测到一个在行动中的圆锥截面。为这样做，悉尼大学的研究人员用了一种叫捕陷阳离子量子计算机的装置，该装置将量子粒子锁定在电场中并用激光操纵它们。

化学博士生瓦妮莎敖腊亚阿古德罗在一份声明中说，“在自然界中，整个过程在飞秒内结束，这是一秒的百万分之一的十亿分之一 ------或千万亿分之一秒。用我们的量子计算机，我们建立了一个允许我们来将化学动力学从飞秒减慢到毫秒的系统”。

这种减慢允许了研究人员来采取随它发生反应的有意义的测量。

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该研究的共同作者悉尼大学物理学家克里斯多佛瓦拉乎在声明中说，“我们的实验不是这个过程的一个数字近似-----这是一个以我们可以观测到的速度展开的量子动力学的直接模拟观测”

研究人员说，了解这些超快动力学可以为各种应用探究新的化学反应。

敖腊亚阿古德罗说，“通过了解这些分子之间和内部的基本过程，我们能在材料科学、药物设计或太阳能收集方面开辟一个新世界， “它还可以帮助改善依赖与光相互作用分子的其他过程，例如烟雾如何被创造或臭氧层是如何被破坏的”。

https://www.livescience.com/chemistry/scientists-manipulate-quantum-mechanics-to-slow-down-a-chemical-reaction-by-100-billion-times