分子亦量子:大顆粒分子的量子特性的實錄

2020-12-03 量子認知

在量子力學裡,著名的雙縫實驗是一種演示光子或電子等微觀粒子的波動性與粒子性的實驗。光子或電子可以同時通過兩條路徑或通過其中任意一條路徑,從初始點抵達最終點。這兩條路徑的程差促使描述微觀粒子物理行為的量子態發生相移,因此產生幹涉現象。

如果用具有巨大顆粒的分子做雙縫實驗怎麼樣?科學家們實驗使用了大顆粒的酞菁(Phthalocyanine)分子和酞菁分子衍生物。酞菁是一類大環化合物,環內有一個空腔,直徑約2.7×10^10米,質量分別為514 amu 和 1,298 amu。電子質量為0.00054 amu。amu,英文atomic mass unit的簡稱,表示原子質量單位,是用來衡量微觀粒子質量的單位。

也就是說科學家們用了比電子還要大250萬倍的大顆粒分子做雙縫實驗。下面是通過納米加工和納米成像的組合,從而能夠實時記錄的大顆粒的分子的量子幹涉圖。使用雷射控制的微蒸發源產生具有所需強度和相干性的分子束,在10納米厚的氮化矽膜中加工光柵。寬視野螢光顯微鏡以10 納米的精度檢測每個分子的位置,揭示了隨機到達檢測器的單個分子的確定的整體幹涉圖樣。

這樣的實驗除了提供波粒子對偶性的這一特別清晰的證明之外,其方法還可以用於研究更大的分子,並探索量子物理與經典物理之間的邊界。

相關焦點

  • 利用量子特性創造單分子器件
    由哥倫比亞工程學院Latha Venkataraman教授領導的研究人員發現了一種新的化學設計原理,用於利用破壞性量子幹擾。他們用新方法創造了一個六納米的單分子開關,其導通電流比非導通電流大10000多倍,這是迄今為止單分子電路實現的最大電流變化。
  • 分子與量子也可糾纏
    聊點科技【分子與量子也可糾纏】關於量子糾纏,科學家們研究對象多是光子。最新的研究表明,經過調控,分子尺度也可以出現量子糾纏現象。中科院微觀磁共振重點實驗室成員林毅恆教授與美國國家標準技術研究所合作,在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且通過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。
  • 中科大在分子的量子糾纏研究中取得重大發現——分子與量子也可糾纏
    中科大在分子的量子糾纏研究中取得重大發現——分子與量子也可糾纏光明日報合肥5月29日電(記者常河 通訊員楊凡)關於量子糾纏,科學家們研究對象多是光子。記者日前從中國科技大學獲悉,最新的研究表明,經過調控,分子尺度也可以出現量子糾纏現象。
  • 中科大在分子的量子糾纏研究中取得重大發現:分子與量子也可糾纏
    本文轉自【光明日報】;關於量子糾纏,科學家們研究對象多是光子。記者日前從中國科技大學獲悉,最新的研究表明,經過調控,分子尺度也可以出現量子糾纏現象。中科院微觀磁共振重點實驗室成員林毅恆教授與美國國家標準技術研究所合作,在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且通過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。該研究成果近日在線發表在《自然》上。這項成果對於未來利用分子進行量子信息處理有重要推動作用。
  • 分子碰撞量子幹涉效應的發現
    80年代以來,在雷射化學和分子反應動力學基礎研究中,發展了雙共振多光子電離技術,研究了分子激發態碰撞傳能的機制、傾向規則及取向變化規律。在國際上首次實驗觀察到分子碰撞傳能中的量子幹涉效應。 光子、電子、原子、分子等,在其運動過程中,既有粒子的特性,同時也有波動性,這就是「波粒二象性原理」。分子在微觀粒子中可說是最大的了,其波動性不顯著而難於實驗觀察。
  • 中美學者重大突破:首次實現分子與原子間「跨界」量子糾纏
    新華社合肥5月30日電(記者徐海濤)「糾纏」是量子的奇妙特性之一,也是實現量子計算等重大應用的基礎。近期,中國科學技術大學與美國國家標準技術研究院的學者合作,成功製備出原子和分子間的「跨界」量子糾纏,可顯著提升信息承載量,開闢出構建多體系複雜量子信息處理器的新路。
  • 中國科大在分子的量子糾纏研究中取得進展
    中國科學院院士、中國科學技術大學教授杜江峰領導的中科院微觀磁共振重點實驗室與美國國家標準技術研究所合作,在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且通過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。
  • 中國科大在分子的量子糾纏研究取得重要進展
    中國科學技術大學杜江峰院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室與美國國家標準技術研究所合作,在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且通過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。
  • 精密測量院等在分子「阿秒鐘」探測量子隧穿時間研究方面取得進展
    量子隧穿效應是指在微觀世界中,電子等微觀粒子能夠穿越高於自身能量位壘勢的「奇異」行為。量子隧穿效應是微觀粒子呈現出來的基本量子特性,無法用經典力學的觀點進行解釋。量子隧穿對理解眾多自然現象,如恆星核聚變、放射性衰變等起著至關重要的作用,同時也是掃描隧道顯微鏡等現代科學儀器的物理基礎。儘管如此,自量子力學建立以來,關於量子隧穿的一個基本問題,即它的發生是否需要時間卻飽受爭議。
  • 中國科大實現原子和分子間的量子糾纏
    關於量子糾纏,科學家們研究對象多是光子。最新的研究標明,經過調控,分子尺度也可以出現量子糾纏現象。 據中國科學技術大學消息,中科院微觀磁共振重點實驗室教授林毅恆與美國國家標準技術研究所合作,在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且通過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。
  • 中美科學家最新研究成果:通過分子與原子糾纏建立混合量子系統
    中美兩國科學家通過連接或「糾纏」帶電原子和帶電分子,增強了他們在量子水平上對分子基本性能的控制,展示了一種通過構建可混合的量子信息系統來操作、存儲和傳輸不同形式數據的方法。分子具有各種內部能級,例如原子,但也以許多不同的速度和角度旋轉和振動。因此,分子可以通過在每秒幾千到幾萬億個周期的寬範圍的量子位頻率之間轉換量子信息來充當量子系統中的介體。通過振動,分子可以提供更高的量子位頻率。
  • 量子是什麼?與分子、原子、電子有什麼關係?
    說的簡單一點兒「量子」指的就是:「一個不可以再繼續分割的基本單位。」理解了這句話之後,我們就會明顯地發現分子、原子、電子它們都不是量子,因為它們是可分的!分子分子是由原子構成的,因此分子可分,分子很明顯就不可能是量子;原子原子是由原子核和核外電子構成的,而原子核是由質子和中子構成的,原子也可分
  • 我國科學家實現用量子計算機模擬化學分子
    這個全量子本徵求解器的量子算法,在量子計算機上計算分子基態能級和對應的電子結構,特別是它不僅可以在現在的IBM和谷歌等的有噪量子計算機上工作,而且可以直接自然過渡,在以後的大型容錯量子計算機上工作。研究現狀與展望北京量子信息科學研究院和清華大學魏世傑博士、李行博士和龍桂魯教授的全量子本徵求解器採用量子化的梯度下降算法。
  • 在接近絕對零度下,揭示分子的碰撞:量子力學規定分子是波動的!
    碰撞實驗為詳細了解單個粒子水平上的分子相互作用提供了新方法,分子和材料研究所的理論和實驗物理學家在《科學》期刊上這項新研究,全面描述了溫度接近絕對零度(-273.15℃)的分子碰撞,揭示了支配分子碰撞內部運作的量子力學基本定律。
  • 原子和分子間「跨界」量子糾纏可顯著提升信息承載量
    「糾纏」是量子的奇妙特性之一,也是實現量子計算等重大應用的基礎。近期,中國科學技術大學與美國國家標準技術研究院的學者合作,成功製備出原子和分子間的「跨界」量子糾纏,可顯著提升信息承載量,開闢出構建多體系複雜量子信息處理器的新路。
  • 中科大分子量子糾纏研究取得重要進展
    記者5月25日從中國科學技術大學獲悉,該校杜江峰院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室與美國國家標準技術研究所合作,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。該研究成果於5月20日在線發表在《自然》上。這項成果對於未來考慮使用分子進行量子信息處理有重要推動作用。
  • 中國科大在分子的量子糾纏研究中取得重要進展
    近日,記者從中國科學技術大學獲悉,中科院微觀磁共振重點實驗室林毅恆教授與美國國家標準技術研究所合作,在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控,首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,並且通過定量表徵手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。該研究成果近日在線發表在《自然》上,成果對於未來利用分子進行量子信息處理有重要推動作用。
  • 科學網—科學家首次製備含單分子的量子糾纏態
    本報訊(記者楊凡)關於量子糾纏,科學家的研究對象多是光子。但最新研究表明,經過調控,分子尺度也可以出現量子糾纏現象。
  • 單分子電晶體中電子的量子幹涉效應被發現
    記者日前從廈門大學獲悉,該校固體表面物理化學國家重點實驗室洪文晶團隊和英國蘭卡斯特大學Colin Lambert教授、上海電力大學陳文博團隊合作,在國際上首次發現了在單分子電化學電晶體中電子的量子幹涉效應,在此基礎上製備出基於量子效應的高性能單分子電化學電晶體,為當前計算機晶片突破矽基半導體器件物理極限提供一個全新思路。
  • 我科學家發現單分子電晶體中電子的量子幹涉效應 基於單個有機分子...
    記者20日從廈門大學獲悉,該校固體表面物理化學國家重點實驗室洪文晶團隊和英國蘭卡斯特大學Colin Lambert教授、上海電力大學陳文博團隊合作,在國際上首次發現了在單分子電化學電晶體中電子的量子幹涉效應,在此基礎上製備出基於量子效應的高性能單分子電化學電晶體,為當前計算機晶片突破矽基半導體器件物理極限提供一個全新思路