Ils ralentissent le temps 100 000 millions de fois grâce à un ordinateur quantique

C’est le cas de l’expérience réalisée par des chercheurs de l’Université de Sydney (Australie), qui ont utilisé pour la première fois un ordinateur quantique pour concevoir et observer directement un processus critique dans les réactions chimiques, en le ralentissant 100 000 millions de fois. Les conclusions viennent d’être publiées dans une étude dans ‘Chimie naturelle‘.

“En comprenant ces processus fondamentaux au sein et entre les molécules, nous pouvons ouvrir un nouveau monde de possibilités dans la science des matériaux, la conception de médicaments ou la récupération de l’énergie solaire”, explique Vanessa Olaya Agudelo, première auteure de l’article. »Cela pourrait également contribuer à améliorer d’autres processus qui dépendent de molécules qui interagissent avec la lumière, comme la façon dont le smog est créé (le nuage bas et hautement polluant formé par le dioxyde de carbone, la suie, les fumées et les poussières en suspension qui se forment au-dessus des grandes villes ou des centres industriels). ) ou comment la couche d’ozone est endommagée«.

Des processus qui durent moins d’un clin d’œil

Plus précisément, l’équipe a été témoin du motif d’interférence d’un seul atome provoqué par une structure géométrique courante en chimie appelée « conique d’intersection ». Les intersections coniques sont vitales pour les processus photochimiques rapides, tels que la récupération de la lumière dans la vision humaine ou la photosynthèse. Les chimistes ont tenté d’observer directement ces processus depuis les années 1950, mais il n’est pas possible de les observer directement étant donné les échelles de temps extrêmement rapides auxquelles ils se produisent ; Ils sont donnés en femtosecondes, ce qui équivaut à un milliardième de seconde.

Pour contourner ce problème, les chercheurs ont créé une toute nouvelle expérience utilisant un ordinateur quantique à ions piégés. « À l’aide de notre ordinateur quantique, nous avons construit un système qui nous a permis de ralentir la dynamique chimique de quelques femtosecondes à quelques millisecondes. Cela nous a permis de faire des observations et des mesures significatives”, explique Olaya Agudelo. »Cela n’a jamais été fait auparavant«.

De son côté, Christophe Valahu, un autre des auteurs, explique que, jusqu’à présent, le processus n’avait pas été directement observé. “Cela arrive trop vite pour qu’on puisse enquêter expérimentalement”, dit-il. Grâce aux technologies quantiques, nous avons résolu ce problème.

Valahu compare le processus à la simulation de modèles d’air autour d’une aile d’avion dans une soufflerie. “Notre expérience n’était pas une approximation numérique du processus, mais une observation analogique directe de la dynamique quantique se déroulant à un rythme que nous pouvions observer”, explique-t-il. C’est-à-dire qu’il ne s’agit pas d’un modèle créé par ordinateur, mais ils ont pu voir le processus réel.

Dans les réactions photochimiques comme la photosynthèse, par lesquelles les plantes tirent leur énergie du Soleil, les molécules transfèrent l’énergie à une vitesse fulgurante, formant des zones d’échange appelées cônes de jonction. Cette étude a ralenti la dynamique de l’ordinateur quantique et a révélé les caractéristiques révélatrices prédites, mais jamais vues auparavant, associées aux intersections coniques en photochimie.

L’expérience permet non seulement de mieux comprendre les processus chimiques qui durent moins d’un clin d’œil, mais ouvre également la porte à de nouveaux tests combinant chimie et physique avec des ordinateurs quantiques. Selon Tingrei Tan, responsable de l’équipement utilisé pour l’expérience : « Il s’agit d’une collaboration fantastique entre des théoriciens de la chimie et des physiciens quantiques expérimentaux. Nous utilisons une nouvelle approche en physique pour résoudre un problème de longue date en chimie. »