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Aug 22, 2023

양자 컴퓨터, 빛의 원자 역학 공개

2023년 8월 28일 | Ken Kingery 작성 양자 컴퓨터는 시뮬레이션된 분자 양자 효과를 10억 ​​배 느리게 만들어 연구자들이 최초로 이를 직접 측정할 수 있게 했습니다. 노스캐롤라이나주 더햄 –

2023년 8월 28일 | 켄 킹제리

양자 컴퓨터는 시뮬레이션된 분자 양자 효과를 10억 ​​배 느리게 만들어 연구자들이 최초로 이를 직접 측정할 수 있게 했습니다.

노스캐롤라이나 주 더햄 – Duke University의 연구원들은 빛을 흡수하는 분자가 들어오는 광자와 상호 작용하는 방식에서 양자 효과를 관찰하기 위해 양자 기반 방법을 구현했습니다. 원뿔형 교차점으로 알려진 이 효과는 분자가 서로 다른 구성 사이를 변경하기 위해 취할 수 있는 경로에 제한을 둡니다.

관찰 방법은 양자 컴퓨팅 연구를 통해 개발된 양자 시뮬레이터를 활용하고 광합성, 시각 및 광촉매와 같은 과정에 중요한 화학의 오랜 근본적인 질문을 해결합니다. 이는 또한 양자 컴퓨팅의 발전이 기초 과학을 조사하는 데 어떻게 사용되고 있는지 보여주는 예이기도 합니다.

결과는 Nature Chemistry 저널에 8월 28일 온라인으로 게재됩니다.

"양자 화학자들이 이러한 원추형 교차 현상을 접하자마자 수학 이론에서는 서로 도달할 수 없는 특정한 분자 배열이 있다고 말했습니다."라고 듀크 대학의 Michael J. Fitzpatrick 공학 교수인 Kenneth Brown이 말했습니다. . “기하학적 위상이라고 불리는 제약 조건은 측정이 불가능하지는 않지만 누구도 측정할 수 없었습니다. 양자 시뮬레이터를 사용하면 자연스러운 양자 존재를 볼 수 있는 방법이 생겼습니다.”

원뿔형 교차점은 위에서 오는 반사 끝 부분에 닿는 산봉우리로 시각화될 수 있으며 에너지 상태 간 전자의 움직임을 제어합니다. 원뿔형 교차점의 아래쪽 절반은 바닥 상태에 있는 흥분되지 않은 분자의 에너지 상태와 물리적 위치를 나타냅니다. 위쪽 절반은 동일한 분자를 나타내지만 전자가 여기되어 들어오는 빛 입자로부터 에너지를 흡수합니다.

분자는 최상위 상태에 머물 수 없습니다. 전자는 호스트 원자에 비해 위치가 벗어납니다. 보다 유리한 낮은 에너지 상태로 돌아가기 위해 분자의 원자는 전자를 만나기 위해 스스로 재배열되기 시작합니다. 두 산이 만나는 지점, 즉 원뿔형 교차점은 변곡점을 나타냅니다. 원자는 원래 상태로 재조정되어 그 과정에서 주변 분자에 과도한 에너지를 버려 반대편으로 이동하지 못하거나 성공적으로 전환할 수 있습니다.

그러나 원자와 전자는 매우 빠르게 움직이기 때문에 양자 효과를 나타냅니다. 분자는 주어진 시간에 산의 어느 한 장소에서나 한 가지 모양을 갖는 것이 아니라 실제로 동시에 여러 모양을 갖습니다. 이러한 모든 가능한 위치는 산간 풍경의 일부를 감싸는 담요로 표현되는 것으로 생각할 수 있습니다.

그러나 기하학적 위상이라고 불리는 기본 수학에서 나타나는 시스템의 수학적 기이함으로 인해 특정 분자 변형이 발생할 수 없습니다. 담요는 산 전체를 감쌀 수 없습니다.

"만약 분자가 동일한 최종 모양을 얻기 위해 택해야 할 두 가지 다른 경로가 있고 그 경로가 원뿔형 교차점을 둘러싸는 경우 분자는 그 모양을 취할 수 없을 것입니다."라고 박사 과정 학생인 Jacob Whitlow는 말했습니다. 브라운의 실험실에서. "양자 역학적 관점에서도 기하 위상이 이상하기 때문에 직관을 얻기 어려운 효과입니다."

이 양자 효과를 측정하는 것은 펨토초 단위로 수명이 짧고 원자 규모로 작기 때문에 항상 어려운 일이었습니다. 그리고 시스템이 중단되면 측정이 불가능해집니다. 더 큰 원추형 교차 현상의 많은 작은 부분이 연구되고 측정되었지만 기하학적 위상은 항상 연구자들에게 회피되었습니다.

듀크 물리학 및 화학 분야에서 임명된 Brown은 "원추형 교차점이 존재한다면 기하학적 위상이 존재해야 합니다."라고 말했습니다. “그런데 측정할 수 없는 것이 존재한다고 말하는 것은 무슨 뜻인가요?”