新策略揭示量子退相干復雜性

訊石光通訊網(wǎng) 2023/12/30 17:30:00

  ICC訊 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?,F(xiàn)在,他們已可繪制退相干路徑,將分子結(jié)構與量子退相干聯(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。

新聞來源:科技日報

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