新策略揭示量子退相干復雜性，為新興量子技術奠定化學基礎
發(fā)布時間：2024年1月2日
來源：科技日報
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美國羅切斯特大學研究人員報告了一種策略，用于了解在具有完全化學復雜性的溶劑中，分子如何失去量子相干性。這一發(fā)現(xiàn)為定制量子相干性分子，以及通過化學設計調(diào)節(jié)量子相干性打開了大門。研究成果發(fā)表在新一期《美國國家科學院院刊》上。
量子疊加的特性是新興量子技術的基礎，有望改變計算、通信和傳感等多領域。但量子疊加面臨著一個重大挑戰(zhàn)：量子退相干。在此過程中，量子態(tài)的微妙疊加會在與周圍環(huán)境相互作用時被破壞。
科學家需要理解和控制量子退相干，這需要設計出具有特定量子相干特性的分子來實現(xiàn)。為此，科學家先要了解“光譜密度”，這個量概括了環(huán)境中分子移動速度以及與量子系統(tǒng)相互作用的強度。
研究人員此次開發(fā)了一種新方法，通過簡單的共振拉曼實驗，提取溶劑中分子的光譜密度，從而捕獲化學環(huán)境的全部復雜性。現(xiàn)在，他們已可繪制退相干路徑，將分子結(jié)構(gòu)與量子退相干聯(lián)系起來。
該團隊使用這一方法首次展示了胸腺嘧啶（DNA的組成部分之一）中的電子疊加是如何吸收紫外線的。他們發(fā)現(xiàn)，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。胸腺嘧啶的化學修飾可顯著改變退相干速率，胸腺嘧啶環(huán)附近的氫鍵相互作用，則導致更快的退相干。
研究人員指出，分子結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的化學和物理性質(zhì)。這一原則指導著醫(yī)學、農(nóng)業(yè)和能源應用分子的現(xiàn)代設計。新研究為理解控制量子退相干的化學原理開辟了道路，未來可利用這一策略來開發(fā)具有強大相干特性的分子。