新策略揭示量子退相干復雜性

科技日報訊 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。這一發現為定制量子相干性分子，以及通過化學設計調節量子相干性打開了大門。研究成果發表在新一期《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:量子退相干。在此過程中，量子態的微妙疊加會在與周圍環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。為此，科學家先要了解“光譜密度”，這個量概括了環境中分子移動速度以及與量子系統相互作用的強度。

研究人員此次開發了一種新方法，通過簡單的共振拉曼實驗，提取溶劑中分子的光譜密度，從而捕獲化學環境的全部復雜性。現在，他們已可繪制退相干路徑，將分子結構與量子退相干聯系起來。

該團隊使用這一方法首次展示了胸腺嘧啶中的電子疊加是如何吸收紫外線的。他們發現，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，分子結構決定物質的化學和物理性質。這一原則指導著醫學、農業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原理開辟了道路，未來可利用這一策略來開發具有強大相干特性的分子。