新策略揭示量子退相干復雜性

  ICC訊 美國羅切斯特大學(xué)研究人員報告了一種策略，用于了解在具有完全化學(xué)復雜性的溶劑中，分子如何失去量子相干性。這一發(fā)現為定制量子相干性分子，以及通過(guò)化學(xué)設計調節量子相干性打開(kāi)了大門(mén)。研究成果發(fā)表在新一期《美國國家科學(xué)院院刊》上。

  量子疊加的特性是新興量子技術(shù)的基礎，有望改變計算、通信和傳感等多領(lǐng)域。但量子疊加面臨著(zhù)一個(gè)重大挑戰：量子退相干。在此過(guò)程中，量子態(tài)的微妙疊加會(huì )在與周?chē)h(huán)境相互作用時(shí)被破壞。

  科學(xué)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(lái)實(shí)現。為此，科學(xué)家先要了解“光譜密度”，這個(gè)量概括了環(huán)境中分子移動(dòng)速度以及與量子系統相互作用的強度。

  研究人員此次開(kāi)發(fā)了一種新方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的共振拉曼實(shí)驗，提取溶劑中分子的光譜密度，從而捕獲化學(xué)環(huán)境的全部復雜性?，F在，他們已可繪制退相干路徑，將分子結構與量子退相干聯(lián)系起來(lái)。

  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(xiàn)的。他們發(fā)現，分子中的一些振動(dòng)主導了退相干過(guò)程的初始步驟，而溶劑主導了后期階段。胸腺嘧啶的化學(xué)修飾可顯著(zhù)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，分子結構決定物質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)。這一原則指導著(zhù)醫學(xué)、農業(yè)和能源應用分子的現代設計。新研究為理解控制量子退相干的化學(xué)原理開(kāi)辟了道路，未來(lái)可利用這一策略來(lái)開(kāi)發(fā)具有強大相干特性的分子。