في كل حفنة من التربة الخصبة تعيش بكتيريا تفعل ما لا يستطيعه أي مصنع: تأخذ النيتروجين مباشرة من الهواء وتحوّله إلى سماد. السر مخبأ في إنزيم النيتروجيناز، وعقدة العمل فيه – مجموعة من ذرات الحديد والموليبدينوم – تشبه ورشة مصنع صغيرة.

يحاول الكيميائيون منذ زمن طويل فهم كيفية عمل هذه الورشة من الداخل. في الدراسة الجديدة، حسبوا طاقة أدنى حالة وأكثرها استقرارًا للمجموعة. تطلّب ذلك استخدام طريقتين قويتين في الحساب لا تعملان عادةً معًا: إحداهما تصف الحالات البسيطة جيدًا، والأخرى تصف الحالات المعقدة. تم دمجهما وحصلوا على رقم بدقة يعتبرها الكيميائيون مرجعية.

هذا مثل قطعة يمكن أن تستقر في عدة أوضاع مريحة بنفس القدر، ويمكن أن ترقد في أيٍّ منها. هذا الغموض يمنع التحديد الدقيق للحالة الحقيقية. لكنه هو نفسه ما يفسر لماذا تعطي التجارب نتائج متناقضة.

اختبر العلماء ما سيحدث إذا أُخذت في الاعتبار تأثيرات إلكترونية إضافية أو اهتزازات خفيفة للبروتين. اتضح أن الصورة لا تتغير كثيرًا: تظل عدة حالات شبه متساوية في الفائدة. هذا يعني أن الإنزيم يعمل فعلًا في ظروف تتعايش فيها عدة بدائل لـ«القاع».

الآن بعد أن عُرفت الطاقة بدقة، يمكن اختبار مدى جودة تعامل الحواسيب الكمومية مع مثل هذه الحسابات. وهذه خطوة نحو استبدال العملية الصناعية كثيفة الاستهلاك للطاقة لإنتاج الأمونيا بشيء أنظف وأرخص.