استراتژی جدید “پیچیدگی کامل شیمیایی” ناهمدوسی کوانتومی را نشان می دهد

در مکانیک کوانتومی، ذرات می توانند در چندین حالت به طور همزمان وجود داشته باشند و منطق تجربیات روزمره را به چالش بکشند. این خاصیت که به عنوان برهم نهی کوانتومی شناخته می شود، مبنایی برای فناوری های کوانتومی در حال ظهور است که نوید تغییر محاسبات، ارتباطات و سنجش را می دهد. اما برهم نهی های کوانتومی با یک چالش مهم روبرو هستند: ناهمدوسی کوانتومی. در طی این فرآیند، برهم نهی ظریف حالات کوانتومی در اثر تعامل با محیط اطراف خود از بین می رود.

برای باز کردن قدرت شیمی برای ساختن معماری‌های مولکولی پیچیده برای کاربردهای عملی کوانتومی، دانشمندان باید درک و کنترل کنند. ناهمدوسی کوانتومی تا بتوانند طراحی کنند مولکول ها با ویژگی های خاص انسجام کوانتومی. برای انجام این کار، باید بدانید که چگونه ساختار شیمیایی مولکول را به طور منطقی اصلاح کنید تا ناهمدوسی کوانتومی را تعدیل یا کاهش دهید.

برای این منظور، دانشمندان باید «چگالی طیفی» را بدانند، کمیتی که به طور خلاصه بیان می کند که محیط با چه سرعتی در حال حرکت است و چقدر قوی با سیستم کوانتومی تعامل دارد.

تا به حال، کمی کردن این چگالی طیفی به گونه‌ای که ظرافت‌های مولکول‌ها را به دقت منعکس کند، به نظریه و آزمایش گریزان مانده است. اما گروهی از دانشمندان روشی را برای استخراج چگالی طیفی مولکول‌ها در یک حلال با استفاده از آزمایش‌های رامان تشدید ساده ایجاد کرده‌اند – روشی که پیچیدگی کامل محیط‌های شیمیایی را به تصویر می‌کشد.

این تیم به رهبری ایگناسیو فرانکو، دانشیار شیمی و فیزیک در دانشگاه روچستر، یافته های خود را در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

با استفاده از چگالی طیفی استخراج‌شده، نه تنها می‌توان فهمید که دهمدنس چقدر سریع اتفاق می‌افتد، بلکه می‌توان تعیین کرد که کدام بخش از محیط شیمیایی بیشتر مسئول آن است. در نتیجه، دانشمندان اکنون می‌توانند مسیرهای عدم انسجام را برای اتصال ترسیم کنند ساختار مولکولی با ناهمدوسی کوانتومی

شیمی بر این ایده بنا شده است که ساختار مولکولی خواص شیمیایی و فیزیکی ماده را تعیین می کند. این اصل طراحی مدرن مولکول ها را برای کاربردهای پزشکی، کشاورزی و انرژی هدایت می کند. با استفاده از این استراتژی، در نهایت می‌توانیم شروع به توسعه اصول طراحی شیمیایی برای موارد اضطراری کنیم فناوری های کوانتومیایگناسیو گاستین، دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی در روچستر و اولین نویسنده این مطالعه گفت.

پیشرفت زمانی حاصل شد که تیم متوجه شد که آزمایش‌های رامان رزونانسی، تمام اطلاعات مورد نیاز برای مطالعه انسجام‌زدایی با پیچیدگی کامل شیمیایی را فراهم می‌کند. چنین آزمایشاتی به طور معمول برای مطالعه فتوفیزیک و فتوشیمی مورد استفاده قرار می گیرند، اما کاربرد آنها برای ناهمدوسی کوانتومی ارزیابی نشده است.

بینش های کلیدی از گفتگو با دیوید مک کامانت، دانشیار دپارتمان شیمی روچستر و متخصص در طیف سنجی رامان، و با جانگ وو کیم، که اکنون در دانشکده دانشگاه ملی Chonnam در کره مشغول به کار است و متخصص در decoherence کوانتومی در زمانی که او بود، پدیدار شد. یک محقق فوق دکترا در روچستر.

این تیم از روش خود برای اولین بار استفاده کردند تا نشان دهند چگونه برهم نهی های الکترون در تیمین، یکی از اجزای سازنده DNA، پس از جذب توسط اشعه ماوراء بنفش تنها در 30 فمتوثانیه (فمتوثانیه یک میلیونیم میلیاردیم ثانیه است) تجزیه می شود. .

آن‌ها دریافتند که چندین ارتعاش در مولکول بر مراحل اولیه فرآیند decoherence غالب است، در حالی که حلال بر مراحل بعدی تسلط دارد. علاوه بر این، آنها دریافتند که اصلاحات شیمیایی تیمین می تواند به طور قابل توجهی سرعت ناهمدوسی را تغییر دهد، با فعل و انفعالات پیوند هیدروژنی در نزدیکی حلقه تیمین که منجر به ناپیوستگی سریعتر می شود.

در نهایت، تحقیقات این تیم راه را برای درک اصول شیمیایی حاکم بر ناهمدوسی کوانتومی باز می کند. “ما هیجان زده هستیم که از این استراتژی استفاده کنیم تا در نهایت کمیت را درک کنیم عدم انسجام فرانکو می‌گوید به مولکول‌هایی با پیچیدگی کامل شیمیایی تبدیل شده و از آن برای توسعه مولکول‌هایی با خواص همدوس پایدار استفاده کنید.