科學家研發新策略，可觀測和初步控制量子退相干

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

量子疊加也是當前新興量子技術的基礎，有望改變計算，通信和傳感等多個領域，不過它也面臨著一個巨大的挑戰量子退相干（Quantum decoherence）。

IT之家注：量子退相干是量子系統與環境因量子糾纏而產生的后果，由于量子相干性而產生的干涉現象會因為量子退相干而變得消失無蹤。

科學家如果想借助量子應用構建復雜的分子結構，那么就需要理解和控制量子退相干，以便他們能夠設計具有特定量子相干特性的分子。

科學家需要知道如何合理地修改分子的化學結構，以調節或減輕量子退相干，因此需要知道“光譜密度”，這項參數總結了環境移動的速度以及它與量子系統相互作用的強度。

科學家目前很難在實驗環境下，量化這種光譜密度，相關研究都停留在理論層面。

由羅切斯特大學化學和物理學副教授伊格納西奧佛朗哥領導的研究小組近日發表論文，利用簡單的共振拉曼實驗來提取溶劑中分子的光譜密度，可以捕捉化學環境的全部復雜性。

團隊利用提取的光譜密度，不僅可以了解退相干發生的速度，還可以確定化學環境的哪一部分是主要原因。因此，科學家現在可以繪制退相干路徑，將分子結構與量子退相干聯系起來。

該團隊使用這種方法，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 秒的千萬億分之一）內分解的。

他們發現，分子中的一些振動主導了退相干過程的初始步驟，而溶劑主導了后期階段。

此外，他們發現對胸腺嘧啶進行化學修飾可以顯著改變退相干速率，胸腺嘧啶環附近的氫鍵相互作用導致更快的退相干。最終，該團隊的研究為理解控制量子退相干的化學原理開辟了道路。

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