新策略揭示量子退相干复杂性

新策略揭示量子退相干复杂性

科技日报讯 美国罗切斯特大学研究人员报告了一种策略，用于了解在具有完全化学复杂性的溶剂中，分子如何失去量子相干性。这一发现为定制量子相干性分子，以及通过化学设计调节量子相干性打开了大门。研究成果发表在新一期《美国国家科学院院刊》上。

量子叠加的特性是新兴量子技术的基础，有望改变计算、通信和传感等多领域。但量子叠加面临着一个重大挑战:量子退相干。在此过程中，量子态的微妙叠加会在与周围环境相互作用时被破坏。

科学家需要理解和控制量子退相干，这需要设计出具有特定量子相干特性的分子来实现。为此，科学家先要了解“光谱密度”，这个量概括了环境中分子移动速度以及与量子系统相互作用的强度。

研究人员此次开发了一种新方法，通过简单的共振拉曼实验，提取溶剂中分子的光谱密度，从而捕获化学环境的全部复杂性。现在，他们已可绘制退相干路径，将分子结构与量子退相干联系起来。

该团队使用这一方法首次展示了胸腺嘧啶中的电子叠加是如何吸收紫外线的。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。胸腺嘧啶的化学修饰可显著改变退相干速率，胸腺嘧啶环附近的氢键相互作用，则导致更快的退相干。

研究人员指出，分子结构决定物质的化学和物理性质。这一原则指导着医学、农业和能源应用分子的现代设计。新研究为理解控制量子退相干的化学原理开辟了道路，未来可利用这一策略来开发具有强大相干特性的分子。