黑洞对日常化学中发现的量子信息的影响

没有什么比那些被称为空间扭曲、吞噬物质的可憎之物更能使量子物理学变得一团糟了黑洞.如果你想转身薛定谔的鸡蛋变成一个信息煎蛋卷，只需找到一个事件视界让他们放下。

根据莱斯大学和美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的理论物理学家和化学家的说法，基础化学能够几乎同样有效地扰乱量子信息。

该团队使用了数学工具半个多世纪前开发起来，以弥合已知的半经典物理学和量子效应之间的差距。超导电性.他们发现反应粒子的微妙量子态以惊人的速度和效率被打乱，接近于与黑洞.

“这项研究解决了化学物理学中一个长期存在的问题，这与量子信息在分子中被扰乱的速度有关。说莱斯大学物理理论家彼得·沃林斯（Peter Wolynes）。

“当人们想到两个分子聚集在一起的反应时，他们认为原子只执行一个单一的运动，即键被形成或键断裂。

在原子粘在一起形成分子的经典“球和棍子”模型背后，是一个复杂得多的宇宙，它与赌博的数学比工程学有更多的共同点。

在量子景观中，随着粒子的命运交织在一起，可能性状态可以像扑克游戏中的赔率一样上升和下降。反应中的每一次曲折——每一个新电子，每一个增加的质子——都会翻转一张新牌，以微妙但关键的方式改变赌注。

与经典物理学中粒子基于足够的能量测量键合或反弹的全有或全无事件不同，量子态涉及偶然因素，这些因素可以在不支付通行费的情况下看到障碍被突破。

称为隧道，这些量子破坏者可以使绘制量子态的演化变得更加困难。一开始只是一个干净的赌注，很快就会变成一个混乱的烂摊子，这取决于无数因素来理解。

一种分解定义的微小变化的方法量子混沌使用一种称为时序外相关器（OTOC）的东西。它们最初在1960年代被开发用于模拟超导性，几十年后卷土重来，以理解信息在黑洞中的传播方式。

“OTOC随时间增加的速度告诉你，量子系统中信息被打乱的速度有多快，这意味着还有多少随机状态被访问。说伊利诺伊州厄巴纳-香槟化学家Martin Gruebele。

该团队的计算表明，隧道最有可能发生在需要很少能量反应的受限粒子群中，特别是当它们保持在足够低的温度下时。

事实上，在这种抽搐反应中出现隧道的这种趋势可以在亚皮秒的时间尺度上扰乱量子信息。那是在黑洞的球场上，黑洞是获取量子态并将它们全部捣碎成平淡纸浆的真正大师。

奇怪的是，当这些相同的反应发生在更真实世界的环境中时——例如笨重的溶液或材料的生物汤——同样的扰乱行为是”淬火".

希望通过找到在化学水平上绘制量子混沌的正确工具，工程师可能能够微调材料，以最大限度地减少不需要的隧穿，或者控制它用于创新应用。

“有可能将这些想法扩展到流程中，在这些流程中，您不仅会在一个特定的反应中进行隧道化，而且会进行多个隧道化步骤，”Gruebele说，“因为这就是许多新的软量子材料（如钙钛矿）中的电子传导所涉及的，这些材料被用于制造太阳能电池之类的东西。

这项研究发表在PNAS项目.

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