Откритие в областта на квантовата химия ще позволи създаването на молекули с точно определена кохерентност

Заплитането, т.е. способността на квантовите частици да съществуват едновременно в различни състояния, е в основата на технологиите, които обещават да променят събирането, обработката и трансфера на данни. Пред нея обаче има сериозна пречка под формата на нарушаване на крехкото състояние на квантовата кохерентност. Изследване на химици от САЩ дава възможност да се разберат по-добре принципите, управляващи този процес.

Създаването на сложни молекулярни структури в бъдещите квантови технологии изисква разбиране и контрол на квантовата декохерентност, което ще позволи проектирането на молекули със специфични свойства. Това от своя страна зависи от възможността за модифициране на химичната структура на молекулата. А за целта трябва да знаем „спектралната плътност“, т.е. колко бързо се премества средата и доколко тя взаимодейства с квантовата система.

Досега определянето на спектралната плътност с отчитане на цялата сложност на молекулите не беше възможно нито на теория, нито на практика. Екип от учени от Университета в Рочестър обаче е разработил метод за извличане на спектралната сложност на молекулите в разтвор с помощта на обикновените техники на Рамановата спектроскопия. Той позволява да се обхване цялата сложност на химичната среда, пише изданието EurekAlert.

Извлечената спектрална плътност дава възможност не само да се разбере колко бързо настъпва декохеренцията, но и да се определи коя част от химичната среда е отговорна за нея на първо място. В резултат на това учените могат да очертаят маршрута на квантовата декохеренция, за да свържат молекулярната структура с нея.

Пробивът е настъпил, когато екипът е установил, че Рамановата спектроскопия предоставя цялата информация, необходима за изучаване на декохеренцията в нейната химическа цялост.

Екипът приложи своя метод, за да покаже първи как електронните суперпозиции в тимина, една от азотните бази, които изграждат ДНК, се разпадат само за 30 фемтосекунди след поглъщането на ултравиолетова светлина. Учените установиха, че няколко вибрации в молекулата определят началото на процеса на нарушаване на кохерентността, а разтворът определя останалата част от процеса. Освен това те са открили, че химическите модификации на тимина могат значително да променят скоростта на декохерентност.

„Химията се основава на идеята, че молекулярната структура определя химичните и физичните свойства на материята. Този принцип ръководи съвременното проектиране на молекули за медицината, селското стопанство и енергетиката. Използвайки тази стратегия, най-накрая можем да започнем да разработваме принципите на химическия дизайн за квантовите технологии на бъдещето“, казва Игнасио Густин, автор на статията.

В крайна сметка проучванията на екипа откриват пътя към разбирането на химичните принципи, които управляват квантовата декохерентност.

„Радваме се, че ще използваме тази стратегия, за да разберем най-накрая квантовата декохерентност в молекулите с цялостната химическа сложност и да я използваме за разработване на молекули със стабилни кохерентни свойства“, казва Франко.