Wetenschappers vermoeden al lang dat een kwantumfenomeen een rol zou kunnen spelen bij fotosynthese en andere chemische reacties van de natuur, maar weet het niet zeker omdat een dergelijk fenomeen zo moeilijk te identificeren is.

Onderzoekers van Purdue University hebben een nieuwe manier aangetoond om het fenomeen van verstrengeling in chemische reacties te meten:het vermogen van kwantumdeeltjes om over een grote afstand een speciale correlatie met elkaar te behouden.

Door precies te ontdekken hoe chemische reacties werken, kunnen manieren worden gevonden om ze na te bootsen of opnieuw te creëren in nieuwe technologieën, zoals voor het ontwerpen van betere zonne-energiesystemen.

De studie, gepubliceerd op vrijdag (2 aug.) in wetenschappelijke vooruitgang , generaliseert een populaire stelling genaamd "Bell's ongelijkheid" om verstrengeling in chemische reacties te identificeren. Naast theoretische argumenten, de onderzoekers valideerden ook de gegeneraliseerde ongelijkheid door middel van een kwantumsimulatie.

"Niemand heeft tot nu toe experimenteel verstrengeling in chemische reacties aangetoond, omdat we geen manier hadden om het te meten. Voor de eerste keer, we hebben een praktische manier om het te meten, " zei Sabre Kais, een professor in de chemie aan Purdue. "De vraag is nu, kunnen we verstrengeling in ons voordeel gebruiken om de uitkomst van chemische reacties te voorspellen en te controleren?"

Sinds 1964, De ongelijkheid van Bell is algemeen gevalideerd en dient als een go-to-test voor het identificeren van verstrengeling die kan worden beschreven met discrete metingen, zoals het meten van de oriëntatie van de spin van een kwantumdeeltje en vervolgens bepalen of die meting is gecorreleerd met de spin van een ander deeltje. Als een systeem de ongelijkheid schendt, dan is er verstrengeling.

Maar het beschrijven van verstrikking in chemische reacties vereist continue metingen, zoals de verschillende hoeken van bundels die de reactanten verstrooien en hen dwingen contact te maken en om te zetten in producten. Hoe de inputs worden voorbereid, bepaalt de output van een chemische reactie.

Het team van Kais generaliseerde de ongelijkheid van Bell door continue metingen in chemische reacties op te nemen. Eerder, de stelling was veralgemeend tot continue metingen in fotonische systemen.

Het team testte de algemene ongelijkheid van Bell in een kwantumsimulatie van een chemische reactie die het molecuul deuteriumhydride oplevert, voortbouwend op een experiment van Stanford University-onderzoekers dat tot doel had de kwantumtoestanden van moleculaire interacties te bestuderen, gepubliceerd in 2018 in Natuurchemie .

Omdat de simulaties de stelling van Bells valideerden en aantoonden dat verstrengeling kan worden geclassificeerd in chemische reacties, Kais' team stelt voor om de methode verder te testen op deuteriumhydride in een experiment.

"We weten nog niet welke outputs we kunnen controleren door te profiteren van verstrikking in een chemische reactie - alleen dat deze output anders zal zijn, Kais zei. "Het meetbaar maken van verstrengeling in deze systemen is een belangrijke eerste stap."