Ralentizan el tiempo 100.000 millones de veces gracias a un ordenador cuántico

Es el caso del experimento llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Sydney (Australia), que por primera vez han utilizado un ordenador cuántico para diseñar y observar directamente un proceso crítico en las reacciones químicas ralentizándolo 100.000 millones de veces. Las conclusiones se acaban de publicar en un estudio en 'Nature Chemistry'.

«Al comprender estos procesos básicos dentro y entre las moléculas podemos abrir un nuevo mundo de posibilidades en la ciencia de los materiales, el diseño de fármacos o la recolección de energía solar«, explica Vanessa Olaya Agudelo, primera autora del artículo. »También podría ayudar a mejorar otros procesos que dependen de moléculas que interactúan con la luz, como cómo se crea el smog (la nube baja y muy contaminante que se forma por el dióxido de carbono, hollines, humos y polvo en suspensión que se forma sobre las grandes ciudades o núcleos industriales) o cómo se daña la capa de ozono«.

En concreto, el equipo fue testigo del patrón de interferencia de un solo átomo causado por una estructura geométrica común en química llamada «intersección cónica». Las intersecciones cónicas son vitales para procesos fotoquímicos rápidos, como la captación de luz en la visión humana o la fotosíntesis. Los químicos han intentado observar directamente estos procesos desde la década de 1950, pero no es factible observarlos directamente dadas las escalas de tiempo extremadamente rápidas a las que ocurre; se dan en cuestión de femtosegundos, lo que equivale a equivale a la milbillonésima parte de un segundo.

Para solucionar este problema, los investigadores crearon un experimento utilizando un ordenador cuántico de iones atrapados de una manera completamente nueva. «Utilizando nuestra computadora cuántica, construimos un sistema que nos permitió ralentizar la dinámica química de femtosegundos a milisegundos. Esto nos permitió realizar observaciones y mediciones significativas«, señala Olaya Agudelo. »Esto nunca se ha hecho antes«.

Por su parte, Christophe Valahu, otro de los autores explica que, hasta ahora, el proceso no se había podido observar directamente. «Sucede demasiado rápido para investigarlo experimentalmente -indica-. Utilizando tecnologías cuánticas, hemos abordado este problema».

Valahu compara el proceso con simular los patrones del aire alrededor del ala de un avión en un túnel de viento. «Nuestro experimento no fue una aproximación digital del proceso, sino una observación analógica directa de la dinámica cuántica que se desarrolla a una velocidad que pudimos observar», señala. Es decir, no es un modelo creado por ordenador, sino que han podido ver el proceso real.

En reacciones fotoquímicas como la fotosíntesis, mediante la cual las plantas obtienen su energía del Sol, las moléculas transfieren energía a la velocidad del rayo, formando áreas de intercambio conocidas como intersecciones cónicas. Este estudio ralentizó la dinámica en la computadora cuántica y reveló las características reveladoras predichas, pero nunca antes vistas, asociadas con las intersecciones cónicas en la fotoquímica.

El experimento no solo ayuda a comprender mejor procesos químicos que duran menos que un pestañeo, sino que también abre la puerta a nuevas pruebas combinando la química y la física con ordenadores cuánticos. En palabras de Tingrei Tan, responsable del equipo que se utilizó para el experimento: «Se trata de una colaboración fantástica entre teóricos de la química y físicos cuánticos experimentales. Estamos utilizando un nuevo enfoque en física para abordar un problema de larga data en química».