驚！一項研究揭示光與物質的通用互動秘訣

特倫託大學與芝加哥大學協同開展的一項研究提出了一種電子與光相互作用的通用辦法。未來，它可能有助於量子技術的發展以及新物質狀態的發現。該研究在 發表於 《物理評論快報》

瞭解量子粒子之間的相互作用，對於發現能夠用於新型技術或醫療應用的新分子或材料，是至關重要的。例如，當分子或化合物與光相互作用時，它們的物理性質可能會發生很大變化。

考慮到這一點，極化子化學這一新的領域旨在把光當作催化劑來引發新的化學反應。更普遍地說，控制光與物質的相互作用爲操縱和合成新的量子物質提供了一種途徑。

研究工作一如既往地通過提出必須驗證的假設來推進。但是，當研究對象是涉及衆多不同元素（即電子、光子、聲子）的量子系統時，情況可能會更加複雜。很難精確計算這樣一個系統的波函數，也就是包含相關物理信息、用於對多種類型的衆多量子粒子的行爲進行準確預測的函數。

來自芝加哥大學的一組研究人員，由特倫託大學物理系的研究員卡洛斯·萊昂納多·貝納維德斯-裡維羅斯（Carlos Leonardo Benavides-Riveros）和芝加哥大學的大衛·A·馬齊奧蒂（David A. Mazziotti）協調，在這一主題上做出了貢獻。

他們以一個‘假設’（ansatz）爲起點，這是一種理論上的處方，能夠幫助他們在量子計算機上預測多體量子系統中粒子間的相互作用。

爲了進行證明，研究人員在 IBM 量子計算機上模擬了一種通用量子算法，其理論誤差爲零。

而這就是這項研究的新穎之處：研究人員開發了一種單一的方法，可用於爲具有不止一種粒子的多體量子系統生成指數形式的假設（ansatzes），當在量子設備上實施時，會產生精確的波函數。

物理學家表示，這一解決方案也爲物質狀態的研究開闢了新的視角。

“像我們在自然界中發現的分子或固體這樣的量子系統，從來都不只有電子。當光與它們相互作用時，可以創造或抑制許多迷人的特性，”貝納維德斯 - 裡維羅斯解釋說。

他接着說：“我們所做的”，“是引入除電子之外的其他量子粒子，例如光粒子，通常稱爲光子。通過遵循我們針對這個問題的通用公式，我們能夠理解其波函數的結構，從而瞭解其物理性質。”

“因爲這個假設特別適用於量子計算機，這一進展爲利用量子計算機對光物質相互作用中的重要分子問題進行建模開闢了新的可能性，像在極化激元化學中出現的那些問題，”馬齊奧蒂說道。