新策略揭示量子退相干复杂性

科技日报讯 （记者张梦然）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（DNA的组成部分之一）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。