“การศึกษานี้ต่อยอดจากงานวิจัยในปี 2023 ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถชะลอกระบวนการเคลื่อนไหวเชิงควอนตัมที่เป็นนามธรรมลงได้ถึง 100 พันล้านเท่าเพื่อจำลองกระบวนการเหล่านั้น”
- อัปเดต: 15 พฤษภาคม 2025 เวลา 18:28 น. ตามเวลามาตรฐานตะวันออก (EST)
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในการใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมจำลองพลวัตทางเคมีแบบเรียลไทม์ของโมเลกุลจริง ถือเป็นก้าวสำคัญในการเข้าใจว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นอย่างไรเมื่อโมเลกุลตอบสนองต่อแสง ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบยา วัสดุ และแหล่งพลังงานใหม่การทดลองนี้ดำเนินการโดย ศาสตราจารย์อีวาน แคสซาล และ ดร.ถิงเร่ย ถัน โดยใช้ไอออนเดี่ยวภายในศูนย์นาโนวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ก่อนหน้านี้ คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณคุณสมบัติพื้นฐานของโมเลกุลได้เท่านั้น แต่ยังไม่สามารถจำลองพฤติกรรมที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาได้ เทคนิคใหม่นี้ช่วยให้จำลองการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วภายในโมเลกุล เช่น การสั่นและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เมื่อดูดกลืนแสง ซึ่งคอมพิวเตอร์ทั่วไปแทบจะทำไม่ได้ ศ.แคสซาลเปรียบเทียบว่า “มันเหมือนกับการรู้ตำแหน่งและพลังงานของนักปีนเขาทุกขณะระหว่างเดินทาง ไม่ใช่แค่ต้นทางและปลายทางเท่านั้น”
ก้าวกระโดดของวิทยาศาสตร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแสง
แนวทางใหม่นี้เปิดประตูสู่การจำลองปฏิกิริยาเคมีและพลวัตในทุกสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแสง โดยมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวาง เช่น การเข้าใจกระบวนการสังเคราะห์แสงในพืช ความเสียหายของดีเอ็นเอจากรังสี UV การพัฒนาการบำบัดมะเร็งด้วยแสง (photodynamic therapy) การปรับปรุงสูตรครีมกันแดด และการเพิ่มประสิทธิภาพของเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ตัวอย่างเช่น การเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหลังการดูดกลืนแสงอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น อาจช่วยเร่งการค้นพบยาชนิดใหม่ ออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ประหยัดพลังงานได้ดีขึ้น และช่วยพัฒนาวัสดุที่ตอบสนองต่อแสงในรูปแบบใหม่ๆ
ศาสตราจารย์อีวาน แคสซาล (ซ้าย) และดร.ถิงเร่ย ถัน หน้าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ในการทดลอง – มหาวิทยาลัยซิดนีย์
“ในทุกกรณีเหล่านี้ พลวัตที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหลังการดูดกลืนแสง (ultrafast photo-induced dynamics) ยังเป็นสิ่งที่เราเข้าใจได้ไม่ดี การมีเครื่องมือจำลองที่แม่นยำจะช่วยเร่งการค้นพบวัสดุ ยา หรือโมเลกุลที่ตอบสนองต่อแสงชนิดใหม่ ๆ ได้” ถัน กล่าวงานวิจัยนี้ต่อยอดจากการศึกษาในปี 2023 ที่นักวิทยาศาสตร์สามารถจำลองพลวัตควอนตัมเชิงนามธรรมทั่วไปได้ โดยการชะลอกระบวนการลงถึง 100 พันล้านเท่า
“เรานำแนวทางจากงานวิจัยนั้นมาใช้กับการจำลองพลวัตของโมเลกุลจริง 3 ชนิดหลังจากดูดกลืนแสง ซึ่งยังสามารถจำลองได้โดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั่วไป” ถัน กล่าว
“แต่เมื่อเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนกว่านี้ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ก็จะไม่สามารถจัดการได้ เทคโนโลยีควอนตัมจะสามารถจำลองความซับซ้อนระดับนั้น ซึ่งเกินขีดจำกัดของคอมพิวเตอร์ทั่วไปทั้งหมด”
โมเลกุลจริง ผลกระทบจริง แตกต่างจากความพยายามก่อนหน้านี้ รวมถึงงานวิจัยก่อนหน้าของทีมเองที่มุ่งเน้นไปที่โมเดลพลวัตเชิงนามธรรม งานวิจัยนี้จำลองโมเลกุล “จริง” เป็นครั้งแรก แสดงให้เห็นว่าเทคนิคที่พัฒนาขึ้นสามารถนำไปใช้กับกระบวนการเคมีที่เกิดขึ้นจริงได้
ในกรณีนี้ นักวิจัยได้จำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับโมเลกุล ได้แก่ อัลลีน (C₃H₄), บิวทาไตรอีน (C₄H₄),และ ไพอราไซน์ (C₄N₂H₄) สิ่งที่ทำให้ความสำเร็จครั้งนี้โดดเด่นเป็นพิเศษคือ ประสิทธิภาพของเทคนิคที่ใช้ ทีมวิจัยใช้การจำลองควอนตัมแบบแอนะล็อก (analog quantum simulation) โดยอาศัยเพียง ไอออนเดี่ยวที่ถูกดักจับ ซึ่งถือว่าใช้อุปกรณ์น้อยมากเมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบดิจิทัลทั่วไป
“หากจะจำลองแบบเดียวกันโดยใช้แนวทางควอนตัมทั่วไป จะต้องใช้ คิวบิตที่สมบูรณ์แบบ 11 ตัว และ เกตเชื่อมโยงแบบไร้ที่ติถึง 300,000 ครั้ง
แต่แนวทางของเรา ใช้ทรัพยากรน้อยกว่าถึงหนึ่งล้านเท่า ทำให้สามารถศึกษาพลวัตทางเคมีที่ซับซ้อนได้ โดยใช้ทรัพยากรน้อยกว่าที่เคยคิดว่าเป็นไปได้มาก” ศ.แคสซาลกล่าว
แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ
Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit : https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/@naichangmashare
TikTok : https://www.tiktok.com/@naichangmashare
