黑洞對(duì)日?；瘜W(xué)中發(fā)現(xiàn)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(zhì)的可憎之物更能使量子物理學(xué)變得一團(tuán)糟了黑洞.如果你想轉(zhuǎn)身薛定諤的雞蛋變成一個(gè)信息煎蛋卷，只需找到一個(gè)事件視界讓他們放下。

根據(jù)萊斯大學(xué)和美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的理論物理學(xué)家和化學(xué)家的說(shuō)法，基礎(chǔ)化學(xué)能夠幾乎同樣有效地?cái)_亂量子信息。

該團(tuán)隊(duì)使用了數(shù)學(xué)工具半個(gè)多世紀(jì)前開發(fā)起來(lái)，以彌合已知的半經(jīng)典物理學(xué)和量子效應(yīng)之間的差距。超導(dǎo)電性.他們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)粒子的微妙量子態(tài)以驚人的速度和效率被打亂，接近于與黑洞.

“這項(xiàng)研究解決了化學(xué)物理學(xué)中一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，這與量子信息在分子中被擾亂的速度有關(guān)。說(shuō)萊斯大學(xué)物理理論家彼得·沃林斯（Peter Wolynes）。

“當(dāng)人們想到兩個(gè)分子聚集在一起的反應(yīng)時(shí)，他們認(rèn)為原子只執(zhí)行一個(gè)單一的運(yùn)動(dòng)，即鍵被形成或鍵斷裂。

在原子粘在一起形成分子的經(jīng)典“球和棍子”模型背后，是一個(gè)復(fù)雜得多的宇宙，它與賭博的數(shù)學(xué)比工程學(xué)有更多的共同點(diǎn)。

在量子景觀中，隨著粒子的命運(yùn)交織在一起，可能性狀態(tài)可以像撲克游戲中的賠率一樣上升和下降。反應(yīng)中的每一次曲折——每一個(gè)新電子，每一個(gè)增加的質(zhì)子——都會(huì)翻轉(zhuǎn)一張新牌，以微妙但關(guān)鍵的方式改變賭注。

與經(jīng)典物理學(xué)中粒子基于足夠的能量測(cè)量鍵合或反彈的全有或全無(wú)事件不同，量子態(tài)涉及偶然因素，這些因素可以在不支付通行費(fèi)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(tài)的演化變得更加困難。一開始只是一個(gè)干凈的賭注，很快就會(huì)變成一個(gè)混亂的爛攤子，這取決于無(wú)數(shù)因素來(lái)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(shí)序外相關(guān)器（OTOC）的東西。它們最初在1960年代被開發(fā)用于模擬超導(dǎo)性，幾十年后卷土重來(lái)，以理解信息在黑洞中的傳播方式。

“OTOC隨時(shí)間增加的速度告訴你，量子系統(tǒng)中信息被打亂的速度有多快，這意味著還有多少隨機(jī)狀態(tài)被訪問(wèn)。說(shuō)伊利諾伊州厄巴納-香檳化學(xué)家Martin Gruebele。

該團(tuán)隊(duì)的計(jì)算表明，隧道最有可能發(fā)生在需要很少能量反應(yīng)的受限粒子群中，特別是當(dāng)它們保持在足夠低的溫度下時(shí)。

事實(shí)上，在這種抽搐反應(yīng)中出現(xiàn)隧道的這種趨勢(shì)可以在亞皮秒的時(shí)間尺度上擾亂量子信息。那是在黑洞的球場(chǎng)上，黑洞是獲取量子態(tài)并將它們?nèi)繐v碎成平淡紙漿的真正大師。

奇怪的是，當(dāng)這些相同的反應(yīng)發(fā)生在更真實(shí)世界的環(huán)境中時(shí)——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(guò)找到在化學(xué)水平上繪制量子混沌的正確工具，工程師可能能夠微調(diào)材料，以最大限度地減少不需要的隧穿，或者控制它用于創(chuàng)新應(yīng)用。

“有可能將這些想法擴(kuò)展到流程中，在這些流程中，您不僅會(huì)在一個(gè)特定的反應(yīng)中進(jìn)行隧道化，而且會(huì)進(jìn)行多個(gè)隧道化步驟，”Gruebele說(shuō)，“因?yàn)檫@就是許多新的軟量子材料（如鈣鈦礦）中的電子傳導(dǎo)所涉及的，這些材料被用于制造太陽(yáng)能電池之類的東西。

這項(xiàng)研究發(fā)表在PNAS項(xiàng)目.

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