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糾纏五重態(tài)首次在室溫下實(shí)現(xiàn)量子相干

摘要:日本九州大學(xué)和神戶(hù)大學(xué)科學(xué)家報(bào)告稱(chēng),通過(guò)將發(fā)色團(tuán)(一種吸收光并發(fā)出顏色的染料分子)嵌入金屬有機(jī)框架,他們?cè)谑覝叵聦?shí)現(xiàn)了量子相干。這是量子系統(tǒng)在不受周?chē)肼曈绊懙那闆r下,保持量子狀態(tài)的能力。

  ICC訊 日本九州大學(xué)和神戶(hù)大學(xué)科學(xué)家報(bào)告稱(chēng),通過(guò)將發(fā)色團(tuán)(一種吸收光并發(fā)出顏色的染料分子)嵌入金屬有機(jī)框架,他們?cè)谑覝叵聦?shí)現(xiàn)了量子相干。這是量子系統(tǒng)在不受周?chē)肼曈绊懙那闆r下,保持量子狀態(tài)的能力。最新研究標(biāo)志著量子計(jì)算和量子傳感技術(shù)領(lǐng)域的重大進(jìn)步。相關(guān)論文發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

  量子計(jì)算和量子傳感都是利用量子比特的技術(shù)。目前,科學(xué)家探索了多種系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)量子比特,其中包括電子自旋。電子有向上和向下兩種自旋狀態(tài)?;谧孕牧孔颖忍乜梢赃@些狀態(tài)的組合存在(量子疊加),且能彼此“糾纏”(即一個(gè)量子比特狀態(tài)的變化會(huì)影響另一個(gè)量子比特的狀態(tài))。

  量子傳感技術(shù)利用量子糾纏態(tài)對(duì)環(huán)境噪聲極其敏感的特性,有望實(shí)現(xiàn)更高分辨率和靈敏度。但讓4個(gè)電子發(fā)生量子糾纏并使它們對(duì)外部分子作出反應(yīng),一直面臨極大挑戰(zhàn)。

  此前,科學(xué)家通過(guò)單線(xiàn)態(tài)裂變過(guò)程,在室溫下用發(fā)色團(tuán)激發(fā)電子來(lái)獲得電子自旋。但在室溫下,量子信息會(huì)失去量子疊加和糾纏狀態(tài)。因此,量子相干通常只在液氮溫度(-196℃)下才能實(shí)現(xiàn)。

  為抑制分子運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)室溫量子相干,研究團(tuán)隊(duì)在有機(jī)金屬框架中引入基于并五苯的發(fā)色團(tuán)。結(jié)果顯示,有機(jī)金屬框架促進(jìn)了并五苯的運(yùn)動(dòng),使電子從三重態(tài)能級(jí)躍遷為五重態(tài)能級(jí),充分保持了五重多激子態(tài)的量子相干性。通過(guò)微波脈沖光激發(fā)電子,他們觀察到,該狀態(tài)的量子相干在室溫下持續(xù)超過(guò)100納秒。這是糾纏五重態(tài)在室溫下首次實(shí)現(xiàn)量子相干。

  研究人員表示,雖然持續(xù)時(shí)間很短,但最新發(fā)現(xiàn)為設(shè)計(jì)在室溫下產(chǎn)生多個(gè)量子比特的材料鋪平了道路,也為基于多種目標(biāo)化合物的多量子門(mén)控制和量子傳感打開(kāi)了大門(mén)。

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