科學(xué)家研發(fā)新策略，可觀測(cè)和初步控制量子退相干

IT之家 12 月 30 日消息，在量子力學(xué)中，粒子可以同時(shí)存在多種狀態(tài)，科學(xué)家將這種和日常邏輯相悖的特性稱為量子疊加（quantum superposition）。

量子疊加也是當(dāng)前新興量子技術(shù)的基礎(chǔ)，有望改變計(jì)算，通信和傳感等多個(gè)領(lǐng)域，不過(guò)它也面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)量子退相干（Quantum decoherence）。

IT之家注：量子退相干是量子系統(tǒng)與環(huán)境因量子糾纏而產(chǎn)生的后果，由于量子相干性而產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象會(huì)因?yàn)榱孔油讼喔啥兊孟o(wú)蹤。

科學(xué)家如果想借助量子應(yīng)用構(gòu)建復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，那么就需要理解和控制量子退相干，以便他們能夠設(shè)計(jì)具有特定量子相干特性的分子。

科學(xué)家需要知道如何合理地修改分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以調(diào)節(jié)或減輕量子退相干，因此需要知道“光譜密度”，這項(xiàng)參數(shù)總結(jié)了環(huán)境移動(dòng)的速度以及它與量子系統(tǒng)相互作用的強(qiáng)度。

科學(xué)家目前很難在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，量化這種光譜密度，相關(guān)研究都停留在理論層面。

由羅切斯特大學(xué)化學(xué)和物理學(xué)副教授伊格納西奧佛朗哥領(lǐng)導(dǎo)的研究小組近日發(fā)表論文，利用簡(jiǎn)單的共振拉曼實(shí)驗(yàn)來(lái)提取溶劑中分子的光譜密度，可以捕捉化學(xué)環(huán)境的全部復(fù)雜性。

團(tuán)隊(duì)利用提取的光譜密度，不僅可以了解退相干發(fā)生的速度，還可以確定化學(xué)環(huán)境的哪一部分是主要原因。因此，科學(xué)家現(xiàn)在可以繪制退相干路徑，將分子結(jié)構(gòu)與量子退相干聯(lián)系起來(lái)。

該團(tuán)隊(duì)使用這種方法，展示了胸腺嘧啶中的電子疊加在吸收紫外光后，如何在 30 飛秒（1 飛秒也就是 1 秒的千萬(wàn)億分之一）內(nèi)分解的。

他們發(fā)現(xiàn)，分子中的一些振動(dòng)主導(dǎo)了退相干過(guò)程的初始步驟，而溶劑主導(dǎo)了后期階段。

此外，他們發(fā)現(xiàn)對(duì)胸腺嘧啶進(jìn)行化學(xué)修飾可以顯著改變退相干速率，胸腺嘧啶環(huán)附近的氫鍵相互作用導(dǎo)致更快的退相干。最終，該團(tuán)隊(duì)的研究為理解控制量子退相干的化學(xué)原理開辟了道路。

IT之家附上論文參考地址：http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2309987120