美國(guó)羅切斯特大學(xué)研究人員報(bào)告了一種策略，用于了解在具有完全化學(xué)復(fù)雜性的溶劑中，分子如何失去量子相干性。這一發(fā)現(xiàn)為定制量子相干性分子，以及通過化學(xué)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)量子相干性打開了大門。研究成果發(fā)表在新一期《美國(guó)國(guó)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(chǔ)，有望改變計(jì)算、通信和傳感等多領(lǐng)域。但量子疊加面臨著一個(gè)重大挑戰(zhàn)：量子退相干。在此過程中，量子態(tài)的微妙疊加會(huì)在與周圍環(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(shè)計(jì)出具有特定量子相干特性的分子來實(shí)現(xiàn)。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(tǒng)相互作用的強(qiáng)度。
研究人員此次開發(fā)了一種新方法，通過簡(jiǎn)單的共振拉曼實(shí)驗(yàn)，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(fù)雜性。現(xiàn)在，他們已可繪制退相干路徑，將分子結(jié)構(gòu)與量子退相干聯(lián)系起來。
該團(tuán)隊(duì)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的。他們發(fā)現(xiàn)，分子中的一些振動(dòng)主導(dǎo)了退相干過程的初始步驟，而溶劑主導(dǎo)了后期階段。胸腺嘧啶的化學(xué)修飾可顯著改變退相干速率，胸腺嘧啶環(huán)附近的氫鍵相互作用，則導(dǎo)致更快的退相干。
研究人員指出，分子結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)。這一原則指導(dǎo)著醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和能源應(yīng)用分子的現(xiàn)代設(shè)計(jì)。新研究為理解控制量子退相干的化學(xué)原理開辟了道路，未來可利用這一策略來開發(fā)具有強(qiáng)大相干特性的分子。
