بقای همدوسی کوانتومی در یک واکنش شیمیایی شامل مولکول‌های فوق سرد

خلاصه خبر:

در یک کشف قابل توجه، دانشمندان هاروارد تداوم همدوسی کوانتومی را از طریق یک واکنش شیمیایی شامل مولکول های فوق سرد نشان داده اند. با آماده‌سازی اسپین‌های هسته‌ای اولیه مولکول‌های پتاسیم روبیدیم (KRb) در حالت درهم‌تنیده و ردیابی واکنش در تنها 500 نانوکلوین، تیم یک الگوی تداخلی را مشاهده کرد که با حفظ همدوسی کوانتومی کامل در تابع موج اسپین هسته‌ای مولکول‌های محصول (K2 و Rb2) سازگار بود. این نشان میدهد که درهم‌تنیدگی موجود در واکنش‌دهنده‌ها از طریق فرآیند تبادل اتمی دوباره توزیع شده و منجر به حالت درهم‌تنیده محصولات می‌شود. این یافته ها مفروضات مربوط به از دست دادن اثرات کوانتومی در طول واکنش های شیمیایی را به چالش میکشد و راه های جدیدی را برای مهار این فرآیندها در علم اطلاعات کوانتومی باز میکند.

توضیحات تکمیلی:

در یک کشف قابل توجه، تیمی از دانشمندان هاروارد تداوم همدوسی کوانتومی را از طریق یک واکنش شیمیایی شامل مولکول‌های فوق سرد نشان داده‌اند. این پیشرفت، این فرض دیرینه را به چالش می کشد که اثرات کوانتومی به سرعت در طول شکستن دینامیکی و تشکیل پیوندهای شیمیایی از بین می روند.

محققان یک واکنش تبادل اتمی خاص بین مولکول‌های پتاسیم-روبیدیم (KRb) را در دمای فوق‌العاده سرد تنها 500 نانوکلوین مورد مطالعه قرار دادند، جایی که مولکول‌ها به اندازه‌ای کند میشوند  که امکان دستکاری دقیق و مشاهده حالت‌های کوانتومی آن‌ها را فراهم کند. با آماده‌سازی اسپین های هسته‌ای اولیه مولکول‌های KRb در حالت درهم‌تنیده، تیم توانست تحول درجات آزادی اسپین هسته‌ای را در طول واکنش ردیابی کند.

با کمال تعجب، نتایج یک الگوی تداخلی را نشان داد که با حفظ همدوسی کوانتومی کامل در تابع موج اسپین هسته‌ای مولکول‌های محصول(K2 و Rb2) سازگار است. این نشان می‌دهد که درهم‌تنیدگی موجود در واکنش‌دهنده‌ها از طریق فرآیند تبادل اتمی دوباره توزیع شده و منجر به حالت درهم‌تنیده مولکول‌های محصول می‌شود.

علاوه بر این، با القای عمدی ناهمدوسی در واکنش‌دهنده‌ها، محققان توانستند کنترلی بر توزیع محصول واکنش نشان دهند و پتانسیل مهار واکنش‌های شیمیایی را برای کاربردهای آینده در علم اطلاعات کوانتومی برجسته کنند.

این کار پیشگامانه درک ما از واکنش‌های شیمیایی را به چالش می‌کشد و راه‌های جدیدی را برای کاوش دینامیک کوانتومی اساسی زیربنای این فرآیندها باز می‌کند. همانطور که Kang-Kuen Ni یکی از نویسندگان ارشد گفت: "ما معتقدیم که نتیجه کلی است و لزوما محدود به دماهای پایین نیست و می تواند در شرایط گرم و مرطوب تر اتفاق بیفتد.

منبع

Yi-Xiang Liu et al, Quantum interference in atom-exchange reactions, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adl6570. www.science.org/doi/10.1126/science.adl6570