飞秒有多长？眨眼你就会错过它。一百万亿次。
这对于研究化学最重要过程的科学家来说是一个挑战，这些过程通常无法观察到，因为它们在一飞秒或万亿分之一秒内结束。
< p>现在，悉尼科学家取得了澳大利亚首个实用量子突破之一，他们使用量子设备将支撑人类视觉或光合作用的化学相互作用减慢了 1000 亿倍，将这一过程从难以察觉的飞秒延长到可观察到的毫秒。
悉尼科学家 Vanessa Olaya Agudelo 和 Christophe Valahu 博士使用量子设备来减慢化学过程1000 亿次。图片来源：Stefanie Zingsheim
这听起来可能不像回到未来的冒险会扰乱时间旅行，但该实验已经开辟了一条途径，让我们了解我们世界的分子构成——从我们的内部到天空——如何真正发挥作用，揭示原子活动不可见，不是因为它的大小，而是因为它的大小。随着更多超快反应的出现，世界首个实验中的技术可能会带来更高效的太阳能电池、更好的电池、对大气化学的见解以及新的药物设计.
正在加载“电子显微镜为您提供更高的空间分辨率。悉尼大学理论化学家、这项新研究的合著者 Ivan Kassal 副教授说：“在这里，我们有更高的时间分辨率。”
“我们能够通过以下方式减慢这一过程：数百万、数十亿次，以便更容易研究，这是化学家自 20 世纪 50 年代以来一直在尝试做的事情。”
量子研究人员研究了一种称为圆锥形交叉点的漏斗形几何结构，这种结构在反应中很常见涉及光。
广告这些原子漏斗允许分子被光激发以释放额外的能量。它们是烟雾形成、臭氧分解、光合作用过程和 DNA 保护不可或缺的一部分。
“患皮肤癌的原因是 DNA 吸收光，然后能量会混乱事情发生了，”卡萨尔说。 “DNA 中经常存在圆锥形交叉点，这使得能量可以安全地消散而不会造成损害。
加载“这与防晒霜的工作原理相同 - 那里有圆锥形交叉点，可以让能量被倾倒。”
在实验中，科学家们在真空中捕获了镱离子（一种软稀土金属）。使用量子计算和各种激光器，他们引导离子通过模拟的圆锥形交叉点，并首次捕获了慢动作相互作用的每个阶段。
“这使我们能够进行有意义的观察和测量，”主要合著者和博士生 Vanessa Olaya Agudelo 说。 “以前从未这样做过。”
生成的动画显示离子以“单个斑点”开始，然后分裂ts 并绕圆锥形交叉点的每一侧行驶，然后在另一侧撞回自身。
研究人员我们能够制作该过程的视频 - 离子分裂并围绕圆锥形交叉点传播，表现得像波。图片来源：悉尼大学量子控制实验室
“这非常表明物质在非常小的尺度上具有这些波状特性，”卡萨尔说。 “这太奇怪了。”
该实验展示了澳大利亚量子计算的首批实际用途之一。
传统计算机受到二进制代码（一和零）的束缚，但量子计算机计算机的基本单位，量子位，可以同时存在于两种状态（即一和零），这极大地提高了计算能力。开发量子硬件是一回事；开发量子硬件是一回事。创造方法来利用其巨大的计算潜力是另一回事。
“真正的问题是，量子计算机很快会有什么用处？我们所展示的是，模拟化学确实是前进的方向。”Kassal 说道。
经典计算机使用 1 和 0 执行计算。量子计算机使用量子位，量子位同时处于 1 和 0 的量子态。图片来源：Tony Melov / UNSW
随着量子硬件规模的扩大，研究人员将能够模拟日益复杂的反应。
“这些类型的超快化学过程很难在普通计算机上准确模拟，”主要作者 Christophe Valahu 博士说。 “我们的想法是，稍后您可以将其扩展到更复杂的模拟。”
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