Kvantforvikling i kemiske reaktioner? Nu er der en måde at finde ud af det på

Forskere har længe mistanke om, at et kvantefænomen kan spille en rolle i fotosyntesen og andre kemiske reaktioner i naturen, men ved det ikke sikkert, fordi et sådant fænomen er så svært at identificere.

Forskere fra Purdue University har demonstreret en ny måde at måle fænomenet sammenfiltring i kemiske reaktioner - kvantepartiklernes evne til at opretholde en særlig sammenhæng med hinanden over en stor afstand.

Afsløring af præcis, hvordan kemiske reaktioner virker, kan bringe måder at efterligne eller genskabe dem i nye teknologier, såsom for at designe bedre solenergisystemer.

Studiet, udgivet fredag ​​(2. august) i Videnskab fremskridt , generaliserer en populær sætning kaldet "Bells ulighed" for at identificere sammenfiltring i kemiske reaktioner. Ud over teoretiske argumenter, forskerne validerede også den generaliserede ulighed gennem en kvantesimulering.

"Ingen har eksperimentelt vist sammenfiltring i kemiske reaktioner endnu, fordi vi ikke har haft en måde at måle det på. For første gang, vi har en praktisk måde at måle det på, sagde Sabre Kais, en professor i kemi på Purdue. "Spørgsmålet er nu, kan vi bruge sammenfiltring til vores fordel til at forudsige og kontrollere resultatet af kemiske reaktioner? "

Siden 1964 har Bells ulighed er blevet bredt valideret og fungerer som en go-to-test for at identificere sammenfiltring, der kan beskrives med diskrete målinger, såsom måling af orienteringen af ​​centrifugeringen af ​​en kvantepartikel og derefter afgøre, om den måling er korreleret med en anden partikels spin. Hvis et system krænker uligheden, så eksisterer forvikling.

Men at beskrive sammenfiltring i kemiske reaktioner kræver kontinuerlige målinger, såsom de forskellige vinkler af bjælker, der spreder reaktanterne og tvinger dem til at komme i kontakt og omdanne til produkter. Hvordan inputene forberedes, bestemmer output fra en kemisk reaktion.

Kais 'team generaliserede Bells ulighed til at omfatte kontinuerlige målinger i kemiske reaktioner. Tidligere har sætningen var blevet generaliseret til kontinuerlige målinger i fotoniske systemer.

Teamet testede den generaliserede Bells ulighed i en kvantesimulering af en kemisk reaktion, der gav molekylet deuteriumhydrid, bygger på et eksperiment af forskere fra Stanford University, der havde til formål at studere kvantetilstande for molekylære interaktioner, udgivet i 2018 i Naturkemi .

Fordi simuleringerne validerede Bells sætning og viste, at sammenfiltring kan klassificeres i kemiske reaktioner, Kais 'team foreslår yderligere test af metoden om deuteriumhydrid i et eksperiment.

"Vi ved endnu ikke, hvilke output vi kan kontrollere ved at drage fordel af sammenfiltring i en kemisk reaktion - bare at disse output vil være forskellige, "Kais sagde." At gøre forvikling målelig i disse systemer er et vigtigt første skridt. "