Ученые «подружили» квантовую физику и химию

Ученые открыли революционный способ картирования «спектральных отпечатков пальцев» молекул, раскрывающий сложные движения между квантовыми суперпозициями и их реальным окружением. Это открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, обещает преодолеть разрыв между химией и развивающимися квантовыми технологиями. В основе квантовой физики лежит понятие суперпозиции, когда частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно. Однако этот хрупкий баланс легко нарушается под воздействием окружающей среды — явление, известное как декогеренция. Понимание и контроль декогеренции крайне важны для создания надежных квантовых компьютеров и сенсоров. До сих пор количественная оценка декогеренции в сложных молекулах оставалась теоретической загадкой. Но команда под руководством Игнасио Франко из Университета Рочестера разработала новый мощный метод, использующий простые резонансные рамановские эксперименты. Этот метод позволяет уловить полный химический «шум» вокруг молекулы, давая подробное представление о том, как окружающая среда диктует ее квантовое поведение. Ключевое открытие? Данные резонансного рамана уже содержат важнейшую информацию, необходимую для расшифровки путей декогеренции. Анализируя этот «отпечаток пальца», ученые могут точно определить «виновников» в молекуле и окружающем растворителе, которые ускоряют или препятствуют распаду суперпозиции. Команда продемонстрировала возможности своего подхода на тимине, строительном блоке ДНК. Они показали, что его тонкий квантовый танец, длящийся всего 30 фемтосекунд после поглощения ультрафиолетового света, причудливо оркестрован специфическими колебаниями внутри молекулы и окружающего растворителя. Кроме того, они обнаружили, что изменение структуры тимина влияет на скорость его декогеренции, что подчеркивает потенциал точной молекулярной инженерии.