揭示开放量子环境中电子相干性坍塌成因…成果刊登于国际学术期刊《Advanced Science》
被视为量子技术核心难题之一的“相干性坍塌（退相干，decoherence）”之根本原因，首次被韩国本土研究团队揭示。所谓相干性坍塌，是指多种状态可同时维持的量子特性因与外部环境相互作用而崩塌的现象。学界评价认为，此次成果为弥合以理想孤立状态为前提的既有量子理论与真实环境之间的鸿沟提供了重要线索。
大邱庆北科学技术院（DGIST）25日表示，化学物理学系教授 Lee Jaedong 研究团队首次在全球范围内揭示了自然界“开放量子环境（open quantum system）”中量子状态发生坍塌的微观机制。
量子技术通常假定不存在外部干扰的“完全孤立状态”，但现实中的物质和器件始终与周围环境发生相互作用。在这一过程中会出现量子有序性被打乱的现象，其准确原因在过去10余年间一直是悬而未决的难题。
尤其是在向固体照射强光时出现的高次谐波产生（high-harmonic generation）过程中，会在1至2飞秒这一极短时间内发生电子相干性急剧坍塌的“超高速去相干”现象，但这一现象为何如此迅速发生，始终未得到明确解释。
与环境的相互作用左右坍塌
研究团队通过全新实现一种超越既有量子主方程局限的“林德布拉德主方程（Lindblad master equation）”计算方法来破解难题。借此构建了既能同时考虑电子间相互作用，又能纳入电子与周围环境相互作用的精密理论模型。
研究结果显示，在固体中出现的“超辐射（superradiance）”与“宽带发射（broadband emission）”这两种现象之间会产生相互抵消的干涉效应。
这一干涉效应会缩短电子散射时间，从而在数飞秒尺度上快速诱导量子相干性坍塌，成为关键驱动因素。也就是说，研究首次揭示了量子状态坍塌的本质并非单纯由内部相互作用决定，而是由“与环境的相互作用”所主导。
本次研究不仅解开了固体中超高速电子相干性坍塌这一长期难题，同时还为将量子理论扩展为现实技术所需的物理基础提供了重要支撑，具有重大意义。
大邱庆北科学技术院化学物理学系教授 Lee Jaedong 表示：“本研究跳出了以孤立量子系统为前提的既有概念，提出了在量子技术设计中必须考虑现实环境的必要性。今后有望被用于发掘具有长相干时间的新型量子比特候选等下一代量子技术的开发。”
该研究在韩国研究财团中坚研究者支援项目和 DGIST 国际联合研究项目的资助下完成，研究成果已发表在国际学术期刊《Advanced Science》上。
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