在量子力學中，有乙個重要的概念叫做量子相干性，它指的是量子系統的兩個或多個可能狀態的疊加。 這種疊加態可以產生一些非常奇妙的現象，比如干涉、量子計算等。 你可以把量子相干性想象成一枚硬幣，它既不是正面也不是反面，而是兩者的混合體，只有當你看到它時，它才會“坍縮”成乙個確定的結果。
然而，量子相干性並不是永恆的，它會隨著時間的推移而消失，這個過程稱為量子退相干。 量子退相干是由量子系統與其周圍環境的相互作用引起的，它破壞了量子系統的純度和資訊。 你可以把量子退相干想象成一枚硬幣，當它在空氣中旋轉時，它與空氣分子碰撞，空氣分子改變了它的運動狀態，最後停止並顯示出乙個確定的結果。
量子退相干是量子力學中乙個非常重要的問題，它限制了量子技術的發展，阻礙了我們對量子現象的理解。 因此，我們需要找出量子退相干的原因和機制，以及如何控制和減少其影響。 這就是我們今天要分享的**的主要內容，它提出了一種方法，可以用來分析和量化分子中的電子退相干路徑，即導致電子相干性損失的不同因素。
該方法基於共振拉曼光譜，這是一種可以測量分子振動模式的光譜技術。 當雷射束擊中分子時，它會被分子吸收或散射，從而改變其頻率和強度。 這些變化反映了分子中電子和原子核的運動，這是分子的振動模式。 通過分析這些振動模式，我們可以獲得分子的光譜密度，這是乙個描述分子與光相互作用強度的函式。
光譜密度不僅可以告訴我們分子的結構和性質，還可以告訴我們分子的退相干速率，這是描述分子相干性喪失速率的函式。 退相干速率決定了分子的相干時間。 相干時間越長，分子的量子行為越明顯，相干時間越短，分子的量子行為越模糊。
本文的創新之處在於，它不僅可以從光譜密度中提取退相干率，還可以將退相干率分解為不同的退相干路徑，即引起退相干的不同因素。 這些因素包括分子內部的振動模式，以及分子與溶劑的相互作用。 通過分析這些退相干途徑，我們可以找出哪些因素對退相干的貢獻最大，以及如何通過改變分子的結構或環境來調節退相干。
本文的結果基於一種常見的分子胸腺嘧啶，它是DNA的鹼基，也是生命的基本組成部分。 作者通過共振拉曼光譜測量了胸腺嘧啶及其衍生物在水中的光譜密度，並從中提取了退相干率和退相干途徑。 他們發現胸腺嘧啶的電子相干性在大約30飛秒內消失，這是乙個非常短的時間。 他們還發現，導致退相干的主要因素是分子內部的振動模式，尤其是與電子躍遷相關的振動模式，而分子與溶劑之間的相互作用對退相干的影響較小。
此外，他們發現，通過改變胸腺嘧啶的結構，例如新增或去除某些原子或基團，可以顯著改變退相干速率和退相干路徑。 例如，當胸腺嘧啶環上有乙個氫原子與水形成氫鍵時，退相干速率增加，而當胸腺嘧啶環上有乙個甲基取代的氫原子時，退相干速率降低。 這些結果表明，分子的結構和化學性質對退相干有重要影響，也為我們提供了調控退相干的可能途徑。