Квантовый микроскоп времени: учёные впервые отследили самые быстрые химические процессы

18.05.2025 16:20:00 | iXBT.com

Учёные Сиднейского университета впервые провели квантовое моделирование реальной химической динамики молекул, используя ловушечный ионный компьютер. Результаты исследования открывают путь к точному анализу сверхбыстрых световых реакций — процессов, важных для медицины, энергетики и материаловедения.

Команда под руководством профессора Ивана Кассала и доктора Тингрея Тана смоделировала взаимодействие света с тремя конкретными молекулами: алленом (C3H4), бутатриеном (C4H4) и пиразином (C4N2H4). Их метод оказался в миллион раз менее ресурсоёмким по сравнению с традиционными квантовыми подходами. Технология позволяет воспроизводить процессы, длящиеся фемтосекунды (10-15 секунды), замедляя их в 100 млрд раз — до миллисекунд, которые доступны для наблюдения.

Иллюстрация: Dalle

«Классические квантовые расчёты показывали только статичные свойства молекул, например энергию. Теперь мы можем отследить, как свет меняет их структуру мгновенно», — объяснил Кассал. Уникальность метода — в уникальном подходе: симуляция выполняется на одном ионе, тогда как цифровые квантовые компьютеры потребовали бы 11 кубитов и 300 000 операций.

Исследование отталкивалось от работы 2023 года, в которой команда замедлила абстрактные квантовые процессы. Теперь учёные перешли к реальным молекулам — прорыв, особенно важный для практики. Например, моделирование фотоиндуцированных реакций поможет понять, как ультрафиолет повреждает ДНК, оптимизировать фототерапии рака или создать более эффективные солнечные панели.

Доктор Тан отметил, что классические суперкомпьютеры уже не справляются с расчётами для сложных молекул, тогда как квантовые симуляции преодолевают эти ограничения. Например, анализ процессов в фотосинтезе или разработка «умных» материалов для медицинских препаратов станет значительно быстрее.

Прорыв Сиднейского университета демонстрирует, что квантовые технологии готовы выйти за рамки теории. Уже в ближайшие годы это может сократить годы экспериментов до дней вычислений, ускорив создание лекарств, материалов и «зелёной» энергетики.

Подробнее