新策略揭示量子退相干復(fù)雜性

美國羅切斯特大學(xué)研究人員報(bào)告了一種策略，用于了解在具有完全化學(xué)復(fù)雜性的溶劑中，分子如何失去量子相干性。這一發(fā)現(xiàn)為定制量子相干性分子，以及通過化學(xué)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)量子相干性打開了大門。研究成果發(fā)表在新一期《美國國家科學(xué)院院刊》上。

量子疊加的特性是新興量子技術(shù)的基礎(chǔ)，有望改變計(jì)算、通信和傳感等多領(lǐng)域。但量子疊加面臨著一個(gè)重大挑戰(zhàn)：量子退相干。在此過程中，量子態(tài)的微妙疊加會在與周圍環(huán)境相互作用時(shí)被破壞。

科學(xué)家需要理解和控制量子退相干，這需要設(shè)計(jì)出具有特定量子相干特性的分子來實(shí)現(xiàn)。為此，科學(xué)家先要了解“光譜密度”，這個(gè)量概括了環(huán)境中分子移動速度以及與量子系統(tǒng)相互作用的強(qiáng)度。

研究人員此次開發(fā)了一種新方法，通過簡單的共振拉曼實(shí)驗(yàn)，提取溶劑中分子的光譜密度，從而捕獲化學(xué)環(huán)境的全部復(fù)雜性?，F(xiàn)在，他們已可繪制退相干路徑，將分子結(jié)構(gòu)與量子退相干聯(lián)系起來。

該團(tuán)隊(duì)使用這一方法首次展示了胸腺嘧啶（DNA的組成部分之一）中的電子疊加是如何吸收紫外線的。他們發(fā)現(xiàn)，分子中的一些振動主導(dǎo)了退相干過程的初始步驟，而溶劑主導(dǎo)了后期階段。胸腺嘧啶的化學(xué)修飾可顯著改變退相干速率，胸腺嘧啶環(huán)附近的氫鍵相互作用，則導(dǎo)致更快的退相干。

研究人員指出，分子結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)。這一原則指導(dǎo)著醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和能源應(yīng)用分子的現(xiàn)代設(shè)計(jì)。新研究為理解控制量子退相干的化學(xué)原理開辟了道路，未來可利用這一策略來開發(fā)具有強(qiáng)大相干特性的分子。

作者：張夢然 來源：科技日報(bào)

異丁醛（也稱為2-丁醛，化學(xué)式：C4H8O）是一種有機(jī)化合物，屬于醛類化合物。以下是異丁醛的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 功能團(tuán)：異丁醛分子中含有一個(gè)醛基（─CHO功能團(tuán)），即碳氧雙鍵和一個(gè)氫原子。

2. 溶解性：異丁醛具有一定的溶解性。它可以在水和許多有機(jī)溶劑中溶解，如乙醇、醚等。

3. 氧化性：異丁醛易被氧氣氧化成相應(yīng)的酸。

4. 反應(yīng)活性：異丁醛是一種活潑的化合物，可以與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生以下反應(yīng)：

   - 還原反應(yīng)：可以被還原劑還原為相應(yīng)的醇。

   - 加成反應(yīng)：與親核試劑（如氨、氫氯化物）加成反應(yīng)，形成相應(yīng)的加成產(chǎn)物。

   - 導(dǎo)入反應(yīng)：與親電試劑（如酸性條件下的醇或酰氯）反應(yīng)，發(fā)生導(dǎo)入反應(yīng)，形成醇或酯。

5. 異構(gòu)性：異丁醛和正丁醛（1-丁醛）是同分異構(gòu)體，它們的分子結(jié)構(gòu)不同。

需要注意的是，異丁醛是一種具有刺激性氣味的液體，在處理和使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。同時(shí)，由于異丁醛易燃，應(yīng)避免與火源接觸和存放在易燃物質(zhì)附近。