Badacze z Uniwersytetu Rice i University of Illinois Urbana-Champaign w Stanach Zjednoczonych odkryli, że podstawowe reakcje chemiczne mogą mieszać informacje kwantowe z zadziwiającą szybkością i skutecznością, zbliżając się do mocy czarnych dziur. Przez długi czas fizycy zastanawiali się, jak szybko informacje kwantowe ulegają zamieszaniu w molekułach. Uważano, że reakcje chemiczne to proste działania, w których atomy łączą się lub rozłączają. Jednak rzeczywistość jest znacznie bardziej złożona i przypomina matematykę hazardu.

W świecie kwantowym, możliwe stany mogą zmieniać się jak szanse w grze w pokera, gdzie losy cząstek splatają się w nieprzewidywalny sposób. Wszelkie zmiany w reakcji, jak dodanie elektronu czy protonu, zmieniają „stawkę” w subtelny, ale kluczowy sposób. Zjawisko tunelowania pozwala na przełamywanie barier bez „opłat”, co sprawia, że śledzenie ewolucji stanów kwantowych staje się bardzo trudne.

Badacze posłużyli się narzędziem nazywanym korelatorami poza kolejnością czasową (OTOCs), aby rozwikłać, jak informacje rozprzestrzeniają się w czarnych dziurach i jak szybko kwantowe informacje ulegają zamieszaniu. Okazało się, że tunelowanie, i związane z nim zamieszanie informacji kwantowych, najprawdopodobniej występuje wśród grup cząstek, które łatwo reagują, szczególnie w niskich temperaturach.

Co ciekawe, w bardziej realistycznym środowisku, takim jak gęste roztwory czy biologiczne „zupy” materiałów, to zamieszanie informacji kwantowych jest „stłumione”. Odkrycia te mogą pomóc inżynierom w tworzeniu materiałów, które minimalizują niechciane tunelowanie lub kontrolują je w celu stworzenia innowacyjnych zastosowań, takich jak nowe materiały kwantowe wykorzystywane w produkcji ogniw słonecznych.

Źródło: PNAS