Mançester Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kredit: IBM Araşdırma və Mançester Universiteti

IBM, Mançester Universiteti, Oksford Universiteti, ETH Sürix, EPFL və Regensburq Universitetindən olan beynəlxalq alimlər qrupu əvvəllər məlum olanlardan fərqli bir molekul yaradıb və xarakterizə ediblər. Bu molekulun elektronları onun strukturunda tıxacvari şəkildə hərəkət edir və kimyəvi davranışını kökündən dəyişdirir. Əsər ” Science” jurnalında dərc olunub .

Bu, tək bir molekulda yarım Möbius elektron topologiyasının ilk eksperimental müşahidəsidir . Alimlərin bildiyinə görə, belə bir topologiyaya malik bir molekul əvvəllər heç vaxt sintez edilməmiş, müşahidə edilməmiş və ya hətta rəsmi olaraq proqnozlaşdırılmamışdır.

Bu molekulun elektron struktur səviyyəsində davranışını anlamaq üçün eyni dərəcədə fundamental bir şey tələb olunurdu: yüksək dəqiqlikli kvant hesablama simulyasiyası. Bu kəşf elmi iki istiqamətdə irəli aparır. Kimya üçün bu, elektron topologiyasının – elektronların molekulda necə hərəkət etdiyini tənzimləyən xüsusiyyətin – yalnız təbiətdə tapılmadığını, qəsdən yaradıla biləcəyini göstərir.

Kvant hesablamaları üçün bu, kvant simulyasiyasının nəzərdə tutulduğu işi yerinə yetirməsinin konkret nümayişidir: kvant mexaniki davranışını birbaşa molekulyar miqyasda təmsil edərək, əks halda əlçatmaz qalacaq elmi fikirlər yaratmaq.

“Əvvəlcə yaradıla biləcəyini düşündüyümüz bir molekul dizayn etdik, sonra onu qurduq və sonra onu və ekzotik xüsusiyyətlərini kvant kompüteri ilə təsdiqlədik”, – IBM-in əməkdaşı, Avropa və Afrika üzrə vitse-prezident və IBM Research Zurich direktoru Alessandro Curioni dedi.

“Bu, tanınmış fizik Riçard Feynmanın on illər əvvəl kvant fizikasını ən yaxşı şəkildə simulyasiya edə bilən bir kompüter qurmaq xəyalına doğru bir sıçrayış və onun dediyi kimi, ‘Dibdə kifayət qədər yer var’ nümayişidir. Bu tədqiqatın uğuru bu vizyona doğru bir addımdır və dünyamızı və onun içindəki maddəni araşdırmaq üçün yeni yollar açır.”

Məqalənin həmmüəllifi, Mançester Universitetinin Hesablama və Nəzəri Kimya üzrə mühazirəçisi Dr. İqor Ronçeviç əlavə edib: “Kimya və bərk cisim fizikası maddəni idarə etməyin yeni yollarını tapmaqla inkişaf edir. 20-ci əsrin ikinci yarısında əvəzedici effektlər çox populyar idi. Məsələn, tədqiqatçılar, məsələn, metil xlorla əvəz edildikdə, dərmanın gücünün və ya materialın elastikliyinin necə dəyişdiyini araşdırdılar.”

“Əsrin növbəsi bizə spintronika gətirdi, elektron spinini oynamaq üçün yeni bir sərbəstlik dərəcəsi kimi təqdim etdi və məlumatların saxlanmasını dəyişdirdi. Bu gün işimiz göstərir ki, topologiya həm də material xüsusiyyətlərini idarə etmək üçün yeni güclü bir yol açaraq dəyişdirilə bilən bir sərbəstlik dərəcəsi kimi xidmət edə bilər.”

“Bu molekulun qeyri-trivial topologiyası və bir çox digər sistemlərin ekzotik davranışı onların elektronları arasındakı qarşılıqlı təsirlərdən irəli gəlir. Klassik kompüterlərlə elektronları simulyasiya etmək çox çətindir – on il əvvəl biz dəqiq olaraq 16 elektronu modelləşdirə bilirdik, bu gün isə 18-ə qədər gedə bilərik. Kvant kompüterləri təbii olaraq bu problem üçün çox uyğundur, çünki onların tikinti blokları – kubitlər – elektronları əks etdirən kvant obyektləridir. IBM-in kvant kompüterindən istifadə edərək 32 elektronu araşdıra bildik. Lakin ən həyəcanverici tərəfi odur ki, bu, yalnız başlanğıcdır. Kvant aparatları sürətlə irəliləyir və gələcək kvantdır.”

_C13Cl2 formuluna malik molekul, IBM-də Oksford Universitetində sintez edilmiş xüsusi bir prekursordan atom-atom şəklində yığılmış və mütləq sıfıra yaxın temperaturda ultra yüksək vakuum altında dəqiq kalibrlənmiş gərginlik impulsları istifadə edilərək fərdi atomlar bir-bir _{çıxarılmışdır} .

IBM-də ilk dəfə olaraq skanlama tunelləməsi və atom qüvvəsi mikroskopiyası ilə aparılan təcrübələr, kvant hesablama ilə birləşdirilərək, mövcud kimya qeydlərində heç bir analoqu olmayan bir elektron konfiqurasiyanı ortaya qoydu: hər dövrə ilə 90 dərəcəlik bir döngəyə məruz qalan və başlanğıc mərhələsinə qayıtmaq üçün dörd tam döngə tələb edən bir elektron quruluş.

Bu yarım Möbius topologiyası əvvəllər məlum olan hər hansı bir molekuldan keyfiyyətcə fərqlidir və saat əqrəbi istiqamətində bükülmüş, saat əqrəbinin əksinə bükülmüş və bükülməmiş vəziyyətlər arasında geri çevrilə bilər ki, bu da elektron topologiyanın kəşf ediləcək bir xüsusiyyət olmadığını, lakin indi müəyyən şərtlər altında qəsdən yaradıla biləcəyini göstərir.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Dağıdıcı elmi vasitə: Kvant mərkəzli superkompüter

Bu təcrübədəki alimlər heç vaxt mövcud olmayan bir molekul yaratdılar. İndi onlar bunun niyə işlədiyini, ənənəvi kompüterləri çətinləşdirən bir vəzifəni anlamalı idilər. C13Cl2 daxilindəki elektronlar _dərin dolaşıq şəkildə qarşılıqlı təsir göstərir və hər biri digərlərinə eyni vaxtda təsir göstərir. Bu davranışı modelləşdirmək , bu qarşılıqlı təsirlərin bütün mümkün konfiqurasiyasını eyni anda izləməyi tələb edir, eksponensial olaraq böyüyən _və klassik maşınları tez bir zamanda üstələyə bilən hesablama tələblərini tələb edir.

Kvant kompüterləri təbiətcə fərqlidir, çünki onlar molekullardakı elektronları idarə edən eyni kvant mexaniki qanunlarına uyğun olaraq işləyirlər və bu sistemləri təxmini deyil, birbaşa təmsil edə bilirlər. Onlar öyrənmək üçün yaradıldıqları maddə ilə eyni fundamental dildə “danışırlar” və bir vaxtlar əsasən nəzəri olan bu fərq indi konkret elmi nəticələrə töhfə verə bilər.

Bu qabiliyyət kvant kompüterlərinə kvant mərkəzli superkompüter iş axınları ilə real dünya təcrübələrini dəstəkləmək üçün böyük potensial təklif edir. Kvant emal vahidlərini (QPU), CPU-ları və GPU-ları inteqrasiya etməklə, kvant mərkəzli superkompüterlər mürəkkəb problemlərin hər bir sistemin güclü tərəflərinə uyğun olaraq təşkil edilmiş və həll edilmiş hissələrə bölünməsinə imkan verir və heç bir hesablama paradiqmasının təkbaşına təmin edə bilməyəcəyinə nail olur.

Belə bir iş axını daxilində IBM kvant kompüterindən istifadə edən komanda, yarım Möbius topologiyasının barmaq izi olan elektron qoşulması üçün spiral molekulyar orbitallar tapdı. Bundan əlavə, kvant hesablamaları vasitəsilə simulyasiya qeyri-adi topologiyanın yaranma mexanizmini aşkar etməyə kömək etdi: spiral yalançı Jahn-Teller effekti .

Bu nailiyyət IBM-in nanoskal elm sahəsindəki uzun irsinə əsaslanır. Skan tunel mikroskopu (STM) 1981-ci ildə IBM-də icad edilmişdir və IBM alimləri Gerd Binnig və Heinrich Rohrer bunun üçün 1986-cı ildə Nobel mükafatına layiq görülmüşlər. Onun yaradılması tədqiqatçılara atomların səthlərini görüntüləməyə imkan vermişdir. 1989-cu ildə IBM alimləri fərdi atomları manipulyasiya etmək üçün ilk etibarlı metod hazırlamışlar. Son onilliklər ərzində IBM komandası bu üsulları getdikcə ekzotik molekulyar strukturlar qurmaq və idarə etmək üçün genişləndirmişdir.

Nəşr detalları

İqor Ronçeviç və digərləri, Yarım Möbius topologiyasına malik bir molekul, Elm (2026). DOI: 10.1126/science.aea3321 . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2507.03516

Jurnal məlumatları: arXiv , Elm  

Əsas anlayışlar

Konformasiya və topologiyaElektron quruluşKvant çoxcisimli sistemlər

Mançester Universiteti tərəfindən təmin edilir