[ziesell]

Quantenchemie: Quantencomputer macht chemische Prozesse beobachtbar

Forscher bauen einen Simulator für Prozesse, die in Billiardstel Sekunden ablaufen. Das ermöglicht neue Einblicke in fotochemische Prozesse.



Quantencomputer werden nicht nur als Angstgegner einiger Verschlüsselungsalgorithmen gehandelt. Sie sollen auch etwa chemische Prozesse schneller simulieren als klassische Digitalrechner. Ein Forschungsteam der University of Sydney konnte mit einer Ionenfalle erstmals einen Prozess beobachten, der normalerweise in Femtosekunden abläuft – eine Million mal schneller als ein Taktzyklus eines 1-GHz-Prozessors. Ionenfallen werden als eine mögliche Realisierung von Qubits in Quantencomputern genutzt.

Untersucht haben die Forscher sogenannte konische Schnittpunkte. Hier gehen zwei Energieniveaus in einem Molekül ineinander über, was unerwartete Auswirkungen hat: Während üblicherweise beim Übergang von einem angeregten Niveau in das Grundniveau ein Photon ausgesendet wird, wird Energie beim Übergang an den Schnittpunkten in anderer Form frei.

Wellenpakete, über die Anregungszustände beschrieben werden, verhalten sich an diesen Punkten unerwartet. Durch die Entstehung einer geometrischen Phase kommt es zu destruktiven Interferenzen, die dazu führen, dass Wellenpakete den Schnittpunkt nicht passieren können. Konische Schnittpunkte sind zentral für das Verständnis von Fotochemie.

Zwar existieren theoretische Modelle, auch indirekte Messungen der Vorgänge gelangen Forschern bereits. Einer direkten Beobachtung entziehen sich die Vorgänge allerdings aufgrund der extrem kurzen Zeiträume, in denen sie ablaufen. In einem Quantencomputer lassen sie sich allerdings so langsam nachbauen, dass sie sich messen lassen.

Komplexes Qubit als Simulator

Verwendet haben die australischen Forscher ein eingefangenes Ytterbium-Ion. Es fungiert als Qubit, über das die beiden Energieniveaus dargestellt werden, und besitzt zusätzlich zwei räumliche Vibrationsmoden. Durch deren gezielte Stimulation mittels Laser wird die Struktur des Übergangs der Energieniveaus abgebildet.

Die Dauer der Stimulation bestimmt die Länge des simulierten Zeitschritts und damit, wie weit sich ein Wellenpaket ausbreitet. Durch anschließende Messung lässt sich dessen räumliche Verteilung bestimmen. Die Messungen bestätigten die theoretische Erwartung.

Simuliert haben die Forscher mit ihrem Aufbau den Jahn-Teller-Effekt, es ließen sich aber auch andere Strukturen von Energieniveaus darstellen. Ihre Erkenntnisse haben sie im Journal Nature Chemistry veröffentlicht, ein Preprint findet sich bei Arxiv (PDF).

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[talkie57]

irre !!
und dann noch KI und ab geht die Luzi.
oder auch nicht. Bin gespannt was da noch kommt