Квантовый пазл азота экспресс
В каждой горсти плодородной почвы живут бактерии, которые делают то, чего не умеет ни один завод: берут азот прямо из воздуха и превращают его в удобрение. Секрет спрятан в ферменте нитрогеназе, а его рабочий узел — кластер из атомов железа и молибдена — похож на крошечный заводской цех.
Химики давно пытаются понять, как этот цех устроен изнутри. В новой работе они рассчитали энергию самого нижнего, самого спокойного состояния кластера. Для этого понадобились два мощных метода расчёта, которые обычно не работают вместе: один хорошо описывает простые состояния, другой — сложные. Их объединили и получили число с точностью, которую химики считают эталонной.
Это как если бы у детали было несколько одинаково удобных положений, и она могла бы лежать в любом из них. Такая неоднозначность мешает точно определить, какое состояние настоящее. Но именно она объясняет, почему эксперименты дают противоречивые результаты.
Учёные проверили, что будет, если учесть дополнительные электронные эффекты или лёгкие колебания белка. Оказалось, что картина почти не меняется: несколько состояний остаются почти одинаково выгодными. Это значит, что фермент действительно работает в условиях, где несколько вариантов «дна» сосуществуют.
Теперь, когда энергия известна точно, можно проверять, насколько хорошо квантовые компьютеры справляются с такими расчётами. А это шаг к тому, чтобы однажды заменить энергозатратный промышленный процесс производства аммиака на что-то более чистое и дешёвое.
Промышленное производство аммиака потребляет около 1–2% всей энергии человечества, а бактерии делают то же самое при комнатной температуре и обычном давлении.