映射量子前沿:设计用于测试神秘量子境界的新实验

抽象量子粒子概念

映射量子边界,一次一层。艺术家的概念。

研究人员设计了映射和测试神秘量子领域的新实验。

心脏外科医生不需要掌握量子力学进行成功的操作。甚至化学家们也不总是需要了解这些基本原则来研究化学反应。但对于康 - 牛妮,莫里斯卡恩化学和化学生物学副教授和物理学,Quantum Spelunking就像太空探索一样,寻找一yabovip2021个庞大而神秘的新境界。yabo124

如今,大量量子力学由Schrödinger的等式解释,一种掌握地球上所有东西的主要理论。“即使我们知道,原则上,量子力学管理一切,”倪说,“实际上看到它很难,实际计算它几乎不可能。”

通过一些良好的假设和一些创新技术,NI和她的团队可以实现近乎不可能的。在实验室中,他们测试了关于对实际实验数据的化学反应的当前量子理论,以更接近治理神秘量子境界的法律的可验证地图。现在,通过超薄化学 - 其中原子和分子冷却到上面yabovip2021的温度绝对零度在那里,他们成为高度控制的地方 - NI和她的实验室成员已经从先前未开发的量子前沿收集了真正的实验数据,提供了理论模型正确(以及错误)的强有力证据,以及用于进一步探索下一个阴暗的层的路线图量子空间。

“我们知道管理一切的基础法律,”NI说。“但是由于地球上几乎所有的东西都是至少三个或更多的原子制成,那些法律很快就会变得太复杂而无法解决。”

映射量子边缘

Kang-Kuen Ni,Right和Doc-Doc Sulthew A. Nichols在他们的实验室中致力于咨询。NI和她的团队使用超冷化学来测试量子理论反对实际实验数据,并创yabovip2021建一个可验证的Quantum法律地图,管辖地在地球上。信用:Jon Chase / Harvard员工摄影师

在他们的研究报告中自然,NI和她的团队列出了识别所有可能的能量状态结果,从开始完成,两个钾和铷分子之间的反应 - 比先前在量子领域中研究的更复杂的反应。这并不容易壮举:在最基本的水平上,四个分子之间的反应具有大量的尺寸(电子旋转)原子例如,可以同时处于几乎无限数量的位置)。那非常高的维度使得计算目前技术不可能的所有可能的反应轨迹。

“在四个原子之间的反应期间计算能量重新分配的能量是如何超出当今最好的计算机的力量。”Ni说。量子计算机可能是唯一可以一天实现这种复杂计算的工具。

同时,计算不可能需要一些良好的理由假设和近似(为其中一个电子挑选一个位置,例如)和授予NI和她的团队最终控制对其反应的专业技术。

一种这样的技术是另一个最近的NI实验室发现:在一个学习出版于自然yabovip2021,她和她的团队利用了分子的可靠特征 - 它们的高度稳定的核旋转 - 将反应分子的量子状态一直到产品。他们还发现了一种从单一碰撞反应事件中检测产品的方法,当10,000个分子可以同时反应时,困难的壮举。通过这两种新方法,该团队可以识别每种产品分子的独特频谱和量子状态,测量所有57个途径所需的精确控制可以采用它们的钾铷反应。

在几个月内新冠肺炎大流行,团队运行实验,以收集每个57个可能的反应通道中的每一个数据,每分钟重复每个通道,然后在继续下一个前几天。幸运的是,一旦建立了实验,它可以远程运行:实验室会员可以留在家中,使实验室在Covid-19标准中重新入住,而系统搅拌了。

“考试”说,NI实验室中的博士尼科尔斯,博士生学者和两篇论文的作者,“指示了含有50个状态对的子集的测量和模型之间的良好一致性,但在几个状态对中揭示了显着的偏差。“

换句话说,它们的实验数据证实,基于统计理论的先前预测(比Schrödinger的等式的一个远不太复杂)是准确的 - 主要是。使用他们的数据,团队可以测量其化学反应将取57个反应通道中的每一个的概率。然后,他们将其与统计模型进行比较。57中只有七个表现出对挑战理论的巨大发散。

“我们有推动这个边界的数据,”Ni说。“为了解释七个偏移渠道,我们需要计算Schrödinger的等式,这仍然是不可能的。所以现在,该理论必须赶上并提出新的方法,以有效地进行这种确切量子计算。“

接下来,NI和她的团队计划缩减他们的实验并分析仅三个原子(一个分子和原子)之间的反应。理论上,这种反应尺寸较小的反应比四个原子反应更少于四个原子反应,应更容易地计算和研究量子领域。然而,已经发现,该团队发现了一些奇怪的东西:反应的中间阶段的生命为比理论预测更长的数量级。

“已经有谜,”倪说。“这取决于理论家。”

参考:“统计动态与国家到位紫外化学的精确试验”由Yu Liu,Ming-Puang Hu,Matthew A. Nichols,Dongzheng Yang,Dayabovip2021iQian谢,华国和康 - Kuen Ni,19月19日,自然
DOI:10.1038 / S41586-021-03459-6

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