Des scientifiques ont ralenti par un facteur de 100 milliards une réaction chimique

Des scientifiques viennent d’offrir une fenêtre fascinante sur l’infiniment petit. Grâce à un ordinateur quantique, ils ont réussi à ralentir un processus chimique vital par un facteur de 100 milliards. Une observation inédite qui ouvre la voie à de multiples applications, de la science des matériaux à la protection de la couche d’ozone. Curieux de comprendre ce qui se trame sous le microscope ?

Une équipe de recherche de l’Université de Sydney a pu observer le motif d’interférence d’un seul atome causé par une structure géométrique commune en chimie appelée intersection conique.

« C’est en comprenant ces processus de base à l’intérieur et entre les molécules que nous pouvons ouvrir un nouveau monde de possibilités en science des matériaux, conception de médicaments ou récolte d’énergie solaire », a déclaré Vanessa Olaya Agudelo, chercheuse et doctorante.

Les intersections coniques sont essentielles à des processus photochimiques rapides, tels que la vision humaine ou la photosynthèse. Néanmoins, leur observation directe s’avère difficile en raison des échelles de temps extrêmement rapides impliquées.

Explications en vidéo

Une solution issue de la physique et de la chimie quantiques

Pour contourner cet obstacle, les chercheurs en physique quantique et en chimie ont utilisé un ordinateur quantique à ions piégés d’une manière totalement innovante. Cette approche leur a permis de cartographier ce problème très complexe sur un dispositif quantique relativement petit, puis de ralentir le processus par un facteur de 100 milliards.

Leurs découvertes ont été publiées dans la revue Nature Chemistry.

Des dynamiques révélées à une échelle observable

« En nature, tout le processus est terminé en quelques femtosecondes », a précisé Vanessa Olaya Agudelo. « C’est un milliardième de millionième – ou un billionième – de seconde. »

La technologie quantique a permis de ralentir ces dynamiques de femtosecondes à millisecondes, ouvrant ainsi la possibilité d’observations et de mesures significatives.

« Jusqu’à présent, nous avons été incapables d’observer directement les dynamiques de ‘phase géométrique’ ; cela se produit trop rapidement pour être sondé expérimentalement », a commenté pour sa part le Dr Christophe Valahu, co-auteur de l’étude.

L’ordinateur quantique utilisé pour réaliser l’expérience se trouve dans le laboratoire de contrôle quantique du professeur Michael Biercuk, fondateur de la start-up quantique Q-CTRL. L’effort expérimental a été dirigé par le Dr Ting Rei Tan.

Le Dr Tan, coauteur de l’étude, a conclu : « Il s’agit d’une collaboration fantastique entre des théoriciens de la chimie et des physiciens quantiques expérimentaux. Nous utilisons une nouvelle approche de la physique pour résoudre un problème de longue date en chimie« .

En synthèse

Cette recherche marque un tournant dans la compréhension des processus chimiques rapides et complexes. Elle démontre le potentiel immense des ordinateurs quantiques dans l’analyse des dynamiques ultra-rapides à l’échelle moléculaire. Le travail de cette équipe australienne constitue ainsi un jalon précieux pour les sciences des matériaux, la médecine et la protection environnementale.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une intersection conique?

Une intersection conique est une structure géométrique qui se produit lors de réactions chimiques rapides et qui est cruciale pour des processus comme la photosynthèse.

En quoi consiste le ralentissement par un facteur de 100 milliards?

Grâce à un ordinateur quantique, les chercheurs ont pu ralentir suffisamment le processus chimique pour l’observer directement, ce qui était impossible auparavant.

Quelles sont les applications pratiques de cette recherche?

Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles voies dans la science des matériaux, la conception de médicaments et même la protection de la couche d’ozone.

Quelle est la prochaine étape pour ces chercheurs?

L’équipe prévoit d’approfondir leur compréhension des dynamiques moléculaires et d’explorer d’autres applications possibles de leur méthode.

Légende illustration principale : Vanessa Olaya Agudelo et le Dr Christophe Valahu devant l’ordinateur quantique du Sydney Nanoscience Hub utilisé pour l’expérience. Credit: Stefanie Zingsheim