黑洞對日常化學中發現的量子信息的影響

沒有什么比那些被稱為空間扭曲、吞噬物質的可憎之物更能使量子物理學變得一團糟了黑洞.如果你想轉身薛定諤的雞蛋變成一個信息煎蛋卷，只需找到一個事件視界讓他們放下。

根據萊斯大學和美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的理論物理學家和化學家的說法，基礎化學能夠幾乎同樣有效地擾亂量子信息。

該團隊使用了數學工具半個多世紀前開發起來，以彌合已知的半經典物理學和量子效應之間的差距。超導電性.他們發現反應粒子的微妙量子態以驚人的速度和效率被打亂，接近于與黑洞.

“這項研究解決了化學物理學中一個長期存在的問題，這與量子信息在分子中被擾亂的速度有關。說萊斯大學物理理論家彼得·沃林斯（Peter Wolynes）。

“當人們想到兩個分子聚集在一起的反應時，他們認為原子只執行一個單一的運動，即鍵被形成或鍵斷裂。

在原子粘在一起形成分子的經典“球和棍子”模型背后，是一個復雜得多的宇宙，它與賭博的數學比工程學有更多的共同點。

在量子景觀中，隨著粒子的命運交織在一起，可能性狀態可以像撲克游戲中的賠率一樣上升和下降。反應中的每一次曲折——每一個新電子，每一個增加的質子——都會翻轉一張新牌，以微妙但關鍵的方式改變賭注。

與經典物理學中粒子基于足夠的能量測量鍵合或反彈的全有或全無事件不同，量子態涉及偶然因素，這些因素可以在不支付通行費的情況下看到障礙被突破。

稱為隧道，這些量子破壞者可以使繪制量子態的演化變得更加困難。一開始只是一個干凈的賭注，很快就會變成一個混亂的爛攤子，這取決于無數因素來理解。

一種分解定義的微小變化的方法量子混沌使用一種稱為時序外相關器（OTOC）的東西。它們最初在1960年代被開發用于模擬超導性，幾十年后卷土重來，以理解信息在黑洞中的傳播方式。

“OTOC隨時間增加的速度告訴你，量子系統中信息被打亂的速度有多快，這意味著還有多少隨機狀態被訪問。說伊利諾伊州厄巴納-香檳化學家Martin Gruebele。

該團隊的計算表明，隧道最有可能發生在需要很少能量反應的受限粒子群中，特別是當它們保持在足夠低的溫度下時。

事實上，在這種抽搐反應中出現隧道的這種趨勢可以在亞皮秒的時間尺度上擾亂量子信息。那是在黑洞的球場上，黑洞是獲取量子態并將它們全部搗碎成平淡紙漿的真正大師。

奇怪的是，當這些相同的反應發生在更真實世界的環境中時——例如笨重的溶液或材料的生物湯——同樣的擾亂行為是”淬火".

希望通過找到在化學水平上繪制量子混沌的正確工具，工程師可能能夠微調材料，以最大限度地減少不需要的隧穿，或者控制它用于創新應用。

“有可能將這些想法擴展到流程中，在這些流程中，您不僅會在一個特定的反應中進行隧道化，而且會進行多個隧道化步驟，”Gruebele說，“因為這就是許多新的軟量子材料（如鈣鈦礦）中的電子傳導所涉及的，這些材料被用于制造太陽能電池之類的東西。

這項研究發表在PNAS項目.

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