化學反應中也存在量子糾纏?

2019-08-03   博科園

糾纏是經典物理和量子物理的本質區別,受到了廣泛的理論和實驗關注。現在由於量子隱形傳態、量子通信、量子密碼學和量子計算的發展,人們渴望理解和創建粒子之間的量子糾纏,如自旋、光子、原子和分子之間的量子糾纏。雖然大多數研究都集中在證明糾纏態違反了著名貝爾不等式及其對離散測量的推廣,但很少有研究集中在連續測量結果上。現在科學家們開發了一個通用的實用不等式來測試連續測量結果的糾纏性,特別是化學反應的散射。

長期以來,科學家們一直懷疑量子現象可能在光合作用和其他自然化學反應中發揮作用,但目前還不能確定,因為這種現象很難識別。普渡大學的研究人員展示了一種測量化學反應中糾纏現象的新方法——量子粒子在很遠距離內保持特殊相關性的能力。準確揭示化學反應的原理,可能會帶來一些方法來模擬或在新技術中重現它們,比如設計更好的太陽能系統,其研究發表在《科學進展》(Science Advances)期刊上。

研究概括了一個名為「貝爾不等式」的流行定理,用來識別化學反應中的糾纏。除了理論論證外,研究人員還通過量子模擬驗證了廣義不等式。普渡大學的化學教授Sabre Kais說:還沒有通過實驗證明化學反應中存在量子糾纏,因為還沒有辦法測量它

現在的問題是,我們能利用纏繞來預測和控制化學反應的結果嗎?自1964年以來,貝爾不等式得到了廣泛驗證,並作為一種重要的測試,用於識別可以用離散測量來描述的糾纏。

比如測量一個量子粒子的自旋方向,然後確定該測量是否與另一個粒子的自旋相關。如果一個系統違反了不等式,那麼糾纏就存在。但是描述化學反應中的纏結需要連續測量,比如散射反應物並迫使它們接觸並轉化為產物的光束不同角度,如何輸入決定了化學反應的輸出。研究團隊將貝爾不等式推廣到化學反應的連續測量中,以前,這個定理被推廣到光子系統的連續測量中,該研究團隊在量子模擬中測試了廣義貝爾不等式。

該量子模擬是基於史丹福大學(Stanford University)科學家在《自然化學》(Nature Chemistry)上發表一項旨在研究分子相互作用的量子態實驗。由於模擬驗證了貝爾不等式定理,並表明糾纏可以在化學反應中分類,研究團隊提議在實驗中進一步測試氫化氘的方法。還不知道可以通過利用化學反應中的糾纏來控制什麼反應輸出——只是這些輸出將是不同的,在這些系統中測量糾纏是重要的第一步。