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Aug 02, 2023

과학자들은 양자 장치를 사용하여 시뮬레이션된 화학 반응을 1000억 번 느리게 합니다.

2023년 8월 28일 이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

2023년 8월 28일

이 기사는 Science X의 편집 과정 및 정책에 따라 검토되었습니다. 편집자들은 콘텐츠의 신뢰성을 보장하면서 다음 특성을 강조했습니다.

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시드니 대학교

시드니 대학의 과학자들은 처음으로 양자 컴퓨터를 사용하여 화학 반응에서 중요한 과정을 1,000억 배 느려지게 설계하고 직접 관찰했습니다.

공동책임연구원 겸 박사 학생인 Vanessa Olaya Agudelo는 "재료 과학, 약물 설계 또는 태양 에너지 수확 분야에서 새로운 가능성의 세계를 열 수 있는 것은 분자 내부와 분자 사이의 기본 과정을 이해함으로써 가능합니다."라고 말했습니다.

"또한 스모그가 생성되는 방식이나 오존층이 손상되는 방식과 같이 빛과 상호 작용하는 분자에 의존하는 다른 프로세스를 개선하는 데 도움이 될 수도 있습니다."

구체적으로 연구팀은 '원추형 교차점'이라고 불리는 화학에서 흔히 사용되는 기하학적 구조에 의해 발생하는 단일 원자의 간섭 패턴을 목격했다.

원뿔형 교차점은 화학 전반에 걸쳐 알려져 있으며 인간의 시력이나 광합성에서 빛을 수확하는 것과 같은 빠른 광화학 과정에 필수적입니다.

화학자들은 1950년대부터 화학역학에서 이러한 기하학적 과정을 직접 관찰하려고 노력해 왔지만, 관련된 매우 빠른 시간 규모를 고려할 때 이를 직접 관찰하는 것은 불가능합니다.

이 문제를 해결하기 위해 물리학부와 화학부 양자 연구자들은 이온 트랩 양자컴퓨터를 이용한 완전히 새로운 방식의 실험을 고안했다. 이를 통해 그들은 이 매우 복잡한 문제를 상대적으로 작은 양자 장치에 설계하고 매핑한 다음 프로세스 속도를 1000억 배나 늦출 수 있었습니다. 그들의 연구 결과는 8월 28일 Nature Chemistry에 게재되었습니다.

"자연에서는 모든 과정이 펨토초 내에 완료됩니다."라고 화학과의 Olaya Agudelo가 말했습니다. “그것은 10억분의 1000, 즉 1000조분의 1초입니다.

"우리는 양자 컴퓨터를 사용하여 화학적 역학을 펨토초에서 밀리초로 늦출 수 있는 시스템을 구축했습니다. 이를 통해 의미 있는 관찰과 측정이 가능해졌습니다.

"이런 일은 이전에 한 번도 해본 적이 없습니다."

공동 주저자인 물리학과 크리스토프 발라후(Christophe Valahu) 박사는 "지금까지 우리는 '기하학적 위상'의 역학을 직접 관찰할 수 없었습니다. 실험적으로 조사하기에는 너무 빠르게 발생합니다.

"우리는 양자 기술을 사용하여 이 문제를 해결했습니다."

Valahu는 이것이 풍동에서 비행기 날개 주위의 공기 패턴을 시뮬레이션하는 것과 유사하다고 말했습니다.

"우리의 실험은 프로세스의 디지털 근사치가 아니었습니다. 이것은 우리가 관찰할 수 있는 속도로 전개되는 양자 역학에 대한 직접적인 아날로그 관찰이었습니다."라고 그는 말했습니다.

식물이 태양으로부터 에너지를 얻는 광합성과 같은 광화학 반응에서 분자는 빛의 속도로 에너지를 전달하여 원뿔형 교차점으로 알려진 교환 영역을 형성합니다.

이 연구는 양자 컴퓨터의 역학 속도를 늦추고 광화학의 원뿔형 교차점과 관련하여 예측되었지만 이전에는 볼 수 없었던 숨길 수 없는 특징을 밝혀냈습니다.

공동 저자이자 연구팀장인 시드니 대학교 나노 연구소(University of Sydney Nano Institute)의 Ivan Kassal 부교수는 "이 흥미로운 결과는 초고속 역학, 즉 분자가 가장 빠른 시간 단위에서 어떻게 변화하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

"시드니 대학교에서 이러한 실험을 수행하기 위해 미국 최고의 프로그래밍 가능한 양자 컴퓨터에 접근할 수 있다는 것은 엄청난 일입니다."