Ερευνητές του Πανεπιστημίου Ράις στις ΗΠΑ ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας σε έναν προσομοιωτή παγιδευμένων ιόντων, ανοίγοντας τον δρόμο για κβαντικές προσομοιώσεις που προσεγγίζουν περισσότερο τις πραγματικές συνθήκες. Η εξέλιξη αυτή αναμένεται να βοηθήσει στη μελέτη πολύπλοκων χημικών αντιδράσεων, νέων υλικών και άλλων φαινομένων που είναι εξαιρετικά δύσκολο να υπολογιστούν με τους συμβατικούς υπολογιστές.
Νέος τρόπος ελέγχου της θερμοκρασίας
Οι προσομοιωτές παγιδευμένων ιόντων χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για να συγκρατούν φορτισμένα σωματίδια μέσα σε θάλαμο κενού. Μέχρι σήμερα, οι συσκευές αυτές λειτουργούσαν σχεδόν αποκλειστικά σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, καθώς η θερμική κίνηση μπορούσε να προκαλέσει σφάλματα στους υπολογισμούς.
Η νέα τεχνική βασίζεται σε δύο ανεξάρτητους μηχανισμούς. Ισχυρές ακτίνες λέιζερ αφαιρούν συνεχώς ενέργεια από τα ιόντα, ενώ μια εξωτερική κεραία εκπέμπει τυχαία ραδιοσήματα που προσθέτουν ελεγχόμενη ποσότητα θερμότητας. Με τη σωστή ισορροπία ανάμεσα στις δύο διαδικασίες, οι επιστήμονες μπορούν να ρυθμίσουν με ακρίβεια τη θερμοκρασία χωρίς να επηρεάζουν τον ρυθμό με τον οποίο το σύστημα χάνει ενέργεια.
Επιτυχημένες δοκιμές
Για να αξιολογήσουν τη μέθοδο, οι ερευνητές πραγματοποίησαν δύο πειράματα με μικρές αλυσίδες παγιδευμένων ιόντων. Στο πρώτο προσομοίωσαν τη μεταφορά φορτίου μεταξύ μορίων κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης και διαπίστωσαν ότι η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να επιβραδύνει ορισμένες μεταβάσεις, αλλά ταυτόχρονα να επιτρέπει άλλες που ήταν αδύνατες σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Στο δεύτερο πείραμα μελέτησαν τη μεταφορά ενέργειας σε σύστημα εμπνευσμένο από τη φωτοσύνθεση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ελεγχόμενη θέρμανση ενεργοποιεί επιπλέον διαδρομές μεταφοράς ενέργειας, οι οποίες παραμένουν ανενεργές όταν το σύστημα βρίσκεται σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η νέα τεχνολογία θα επιτρέψει στο μέλλον την προσομοίωση πιο ρεαλιστικών χημικών διεργασιών και θα συμβάλει στην ανάπτυξη κβαντικών συστημάτων που θα μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου.
