Создание сложных молекулярных структур в квантовых технологиях будущего требует понимания и управления квантовой декогерентности, которое позволит разрабатывать молекулы с определенными свойствами. Это, в свою очередь, зависит от способности модифицировать химическую структуру молекулы. А для этого нужно знать «спектральную плотность», то есть как быстро движется среда и насколько сильно она взаимодействует с квантовой системой.

До сих пор определение спектральной плотности с учетом всех сложностей молекул не поддавалось ни теории, ни практике. Однако команда ученых из Университета Рочестера разработала метод экстракции спектральной сложности молекул в растворе при помощи простых методов рамановской спектроскопии. Он позволяет охватить всю сложность химической среды, пишет EurekAlert.

Извлеченная спектральная плотность дает возможность не только понять, насколько быстро происходит декогерентность, но и определить, какая часть химической среды ответственная за нее в первую очередь. В результате ученые могут составить маршрут квантовой декогерентности, чтобы соединить с ней молекулярную структуру.

Прорыв случился, когда команда установила, что рамановская спектроскопия дает всю информацию, необходимую для изучения декогерентности во всей химической полноте.

Команда применила свой метод для того, чтобы первой показать, как электронные всего за 30 фемтосекунд распутываются суперпозиции в тимине, одном из азотистых оснований, составляющих ДНК, после поглощения ультрафиолетового света. Ученые обнаружили, что несколько вибраций в молекуле определяют начало процесса нарушения когерентности, а раствор — остальную часть процесса. Вдобавок они установили, что химические модификации тимина могут значимо изменить скорость декогерентности.

«Химия основывается на идее о том, что молекулярная структура определяет химические и физические свойства материи. Этот принцип управляет современной разработкой молекул для медицины, сельского хозяйства и энергетики. Используя эту стратегию, мы можем, наконец, начать развивать принципы химического проектирования для квантовых технологий будущего», — сказал Игнасио Густин, автор статьи.

Недавнее исследование ученых из США стало мостом, соединяющим миры классической физики и квантовой механики. Им удалось воспроизвести известный теоретический эксперимент с фотоном и минами в опыте с каплями. Результат позволил объяснить странное квантовое поведение с точки зрения классической физики.