Хрупкая квантовая запутанность может пережить хаос химических реакций

Исследователи обнаружили, что странные квантовые явления могут пережить хаос химической реакции. В конечном итоге это может оказаться полезным для новых квантовых технологий или раскрыть удивительную квантовость природы.

«Обычно люди описывают химические реакции как очень хаотичную вещь: вы помещаете туда целую кучу атомов, они немного «танцуют», а затем, когда образуются продукты, они просто вылетают», — говорит Линбанг Чжу из Гарвардского университета. Он и его коллеги решили посмотреть, как это повлияет на квантовые свойства молекул.

Квантовые объекты могут выступать как в роли частиц, так и в роли волн. Исследователи сосредоточились на свойстве, называемом когерентностью, которое отражает волновой характер молекул. Квантовая запутанность, которая делает объекты неразрывно связанными даже на огромных расстояниях, тесно связана с когерентностью. Таким образом, эксперимент дает представление о судьбе запутанности во время химической реакции.

Квантовые свойства молекул наиболее заметны при чрезвычайно низких температурах, поэтому исследователи изучали атомы калия и рубидия при температуре всего на миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля. Чтобы добиться такого охлаждения, они поместили атомы в безвоздушную камеру и применили точную комбинацию лазерных лучей, магнитных полей и микроволновых импульсов, чтобы охладить их и объединить в молекулы.

Эти молекулы самопроизвольно вступали в химические реакции, но Чжу и его коллеги тщательно контролировали их начальные квантовые состояния, включая их когерентность и запутанность. После реакции они оценили квантовые свойства полученных продуктов. Этим молекулам удалось сохранить свою когерентность, или волнообразные свойства, настолько, что они перекрывались и интерферировали друг с другом, как две обычные волны с несовпадающими пиками и впадинами.

Йонг Чен из Университета Пердью в Индиане говорит, что подобные эксперименты открывают дверь для нового этапа квантовых исследований, на котором ученые не просто пассивно открывают квантовые свойства, но вместо этого находят способы контролировать их. Однако, по его словам, будущие эксперименты все же смогут более точно диагностировать запутанность молекул.

Сейчас команда исследует, как использовать квантовые свойства молекул, чтобы контролировать, какие продукты и сколько продуктов образуются в результате реакций, а также получить намеки на то, могут ли химические реакции, происходящие в природе, содержать больше квантовости, чем считалось ранее, говорит Чжу.