科学家研发新策略，可观测和初步控制量子退相干

2023-12-30 10:00IT之家 - 故渊

IT之家 12 月 30 日消息，在量子力学中，粒子可以同时存在多种状态，科学家将这种和日常逻辑相悖的特性称为量子叠加（quantum superposition）。

量子叠加也是当前新兴量子技术的基础，有望改变计算，通信和传感等多个领域，不过它也面临着一个巨大的挑战--量子退相干（Quantum decoherence）。

IT之家注：量子退相干是量子系统与环境因量子纠缠而产生的后果，由于量子相干性而产生的干涉现象会因为量子退相干而变得消失无踪。

科学家如果想借助量子应用构建复杂的分子结构，那么就需要理解和控制量子退相干，以便他们能够设计具有特定量子相干特性的分子。

科学家需要知道如何合理地修改分子的化学结构，以调节或减轻量子退相干，因此需要知道“光谱密度”，这项参数总结了环境移动的速度以及它与量子系统相互作用的强度。

科学家目前很难在实验环境下，量化这种光谱密度，相关研究都停留在理论层面。

由罗切斯特大学化学和物理学副教授伊格纳西奥佛朗哥领导的研究小组近日发表论文，利用简单的共振拉曼实验来提取溶剂中分子的光谱密度，可以捕捉化学环境的全部复杂性。

团队利用提取的光谱密度，不仅可以了解退相干发生的速度，还可以确定化学环境的哪一部分是主要原因。因此，科学家现在可以绘制退相干路径，将分子结构与量子退相干联系起来。

该团队使用这种方法，展示了胸腺嘧啶中的电子叠加在吸收紫外光后，如何在 30 飞秒（1 飞秒也就是 1 秒的千万亿分之一）内分解的。

他们发现，分子中的一些振动主导了退相干过程的初始步骤，而溶剂主导了后期阶段。

此外，他们发现对胸腺嘧啶进行化学修饰可以显着改变退相干速率，胸腺嘧啶环附近的氢键相互作用导致更快的退相干。最终，该团队的研究为理解控制量子退相干的化学原理开辟了道路。

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