Квантовая головоломка решена: инновационный метод раскрывает молекулярную квантовую декогеренцию

к Клаус Мюллер
5 Комментарии
Quantum Decoherence

Исследователи из Рочестерского университета представили инновационный подход к пониманию потери квантовой когерентности молекул в растворителях, объясняющей их полную химическую сложность. Этот прорыв открывает путь к химическому созданию молекул для управления квантовой когерентностью. Авторство исследования принадлежит Анни Остау Де Лафонт.

Это открытие открывает потенциал для адаптации молекул к конкретным характеристикам квантовой когерентности, создавая химическую основу для развития квантовых технологий.

Квантовая механика предполагает, что частицы могут одновременно существовать в нескольких состояниях, что противоречит традиционной логике. Это явление, известное как квантовая суперпозиция, формирует основу растущих квантовых технологий, которые, как ожидается, произведут революцию в вычислениях, коммуникации и зондировании. Однако квантовые суперпозиции сталкиваются с серьезным препятствием: квантовой декогеренцией. В этом процессе хрупкий баланс квантовых состояний нарушается взаимодействием с окружающей средой.

Понимание квантовой декогеренции

Для практического применения квантовых технологий через сложную молекулярную архитектуру крайне важно понимать и контролировать квантовую декогеренцию. Это предполагает создание молекул с особыми свойствами квантовой когерентности путем изменения их химической структуры, чтобы модулировать или уменьшать квантовую декогерентность. Ключом к этому является понимание «спектральной плотности», которая отражает скорость движения окружающей среды и силу взаимодействия с квантовой системой.

Достижения в оценке спектральной плотности

Измерение спектральной плотности для точного представления молекулярных сложностей до сих пор было сложной задачей как для теории, так и для экспериментов. Исследовательская группа разработала метод определения спектральной плотности молекул в растворителе с помощью простых экспериментов по резонансному комбинационному рассеянию, эффективно отражающий всю сложность химического окружения. Команда, возглавляемая Игнасио Франко, доцентом кафедры химии и физики Рочестерского университета, опубликовала свои выводы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Корреляция молекулярной структуры с квантовой декогеренцией

Недавно полученная спектральная плотность позволяет понять не только скорость декогеренции, но и идентифицировать наиболее ответственные за нее аспекты химической среды. Следовательно, теперь ученые могут проследить пути декогеренции, связывая молекулярную структуру с квантовой декогеренцией.

Игнасио Гастин, аспирант химии из Рочестера и ведущий автор исследования, отмечает, что основополагающий принцип химии – молекулярная структура, определяющая химические и физические свойства вещества – определяет развитие молекулярного дизайна для квантовых технологий.

Резонансные рамановские эксперименты: важнейший метод

Осознание командой того, что эксперименты с резонансным комбинационным рассеянием предоставили всю необходимую информацию для изучения декогеренции во всей ее химической сложности, сыграло важную роль. Эти эксперименты, обычно используемые в исследованиях фотофизики и фотохимии, ранее не были связаны с исследованиями квантовой декогеренции. Ключевые идеи были получены благодаря сотрудничеству с Дэвидом Маккамантом, доцентом химии из Рочестера, специализирующимся на рамановской спектроскопии, и Чанг Ву Кимом, бывшим научным сотрудником в Рочестере, а теперь преподавателем в Национальном университете Чоннам в Корее, специализирующимся на квантовой декогеренции.

Исследование декогеренции Тимина

Используя этот метод, команда продемонстрировала, как электронные суперпозиции в тимине, компоненте ДНК, распадаются всего за 30 фемтосекунд после поглощения ультрафиолетового света. Они обнаружили, что определенные молекулярные колебания в первую очередь инициируют декогеренцию, тогда как растворитель играет большую роль на ее более поздних стадиях. Кроме того, они обнаружили, что химические модификации тимина существенно влияют на скорость декогеренции, причем взаимодействия водородных связей вблизи тиминового кольца ускоряют ее.

Перспективы и приложения

Это исследование знаменует новое понимание химических принципов, управляющих квантовой декогеренцией. «Мы очень рады применить этот метод, чтобы полностью понять квантовую декогерентность в молекулах и разработать молекулы с устойчивыми свойствами когерентности», — заявляет Франко.

Ссылка: «Картирование путей электронной декогеренции в молекулах», Игнасио Гастин, Чанг Ву Ким, Дэвид В. Маккамант и Игнасио Франко, 28 ноября 2023 г., Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073/pnas.2309987120

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о квантовой декогеренции

Каков недавний прорыв в понимании квантовой декогеренции?

Исследователи из Рочестерского университета разработали метод анализа квантовой декогеренции в молекулах полной химической сложности, расширяя наши возможности создавать молекулы с особыми свойствами квантовой когерентности.

Как это исследование повлияет на область квантовой механики?

Это исследование дает представление о том, как контролировать квантовую декогеренцию, что имеет решающее значение для практического применения квантовых технологий в вычислениях, коммуникации и зондировании.

Каковы последствия этого исследования для молекулярного дизайна?

Полученные результаты позволяют создавать молекулы с индивидуальными характеристиками квантовой когерентности, что потенциально революционизирует химическую основу квантовых технологий.

Какой метод исследователи использовали для изучения квантовой декогеренции?

Команда использовала простые эксперименты с резонансным комбинационным рассеянием света для извлечения спектральной плотности, охватывая всю сложность химической среды и ее взаимодействия с квантовыми состояниями.

Каков был ключевой вывод в изучении декогеренции тимина?

Исследование продемонстрировало, как электронные суперпозиции в тимине, компоненте ДНК, быстро распадаются после поглощения ультрафиолетового света, подчеркнув роль специфических молекулярных колебаний и взаимодействий растворителей в процессе декогеренции.

Кто внес основной вклад в это исследование?

Исследование возглавил Игнасио Франко, доцент кафедры химии и физики, при значительном вкладе Игнасио Гастина, Дэвида В. Маккаманта и Чанг Ву Кима.

Подробнее о квантовой декогеренции

  • Химический факультет Рочестерского университета
  • Труды Национальной академии наук
  • Обзор квантовой декогеренции
  • Резонансная рамановская спектроскопия
  • Профиль исследования Игнасио Франко
  • Основы квантовой механики
  • Квантовые вычисления и технологии
  • Молекулярный дизайн и химия

Вам также может понравиться

5 Комментарии

Дженни87 1ТП2Т - 1ТП3Т

вау, это довольно круто, квантовые вещи всегда поражают меня, но иногда их трудно получить, здорово видеть, как наука движется вперед !!

Отвечать
ЛюбопытныйКошка 1ТП2Т - 1ТП3Т

Не уверен, что у меня есть все технические подробности, но удивительно, как быстро развиваются технологии. Квантовая когерентность, кто знал?

Отвечать
Майк_Х 1ТП2Т - 1ТП3Т

Я прочитал статью, но все еще в замешательстве: квантовая декогеренция звучит важно, но что она на самом деле означает для нас, например, в повседневной жизни?

Отвечать
Техмастер 1ТП2Т - 1ТП3Т

Декогеренция Тимина за 30 фемтосекунд? Это безумно быстро. показывает, как много нам еще предстоит узнать о квантовом мире.

Отвечать
НаукаGeek101 1ТП2Т - 1ТП3Т

Должен сказать, что команда из Рочестера проводит революционную работу, эти открытия могут иметь огромное значение для будущего технологий и медицины.

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский