実験室では、化学者たちは触媒表面での反応を古典的なプロセスとみなすことに慣れている。分子が衝突し、電子を交換し、新しい物質を形成する。しかし、ノッティンガム大学とハーバード大学の科学者による新しい共同研究は、この単純化に疑問を投げかけている。
ノッティンガムの数学科学部のジェラルド・アデッソ教授は、同僚のメリッサ・メイザーとアナベル・ランテルナとともに、UKRIと米国国立科学財団の共同プログラムから資金を得た。米国側は、ジュンホ・リー教授とシュヤン・シュー教授が率いる。プロジェクト「不均一表面反応の絡み合いの証人」の総予算は、ノッティンガムに約550千ポンド、ハーバードに700千ドルとなる。研究は2026年10月から3年間続く。
量子もつれは、粒子の特性が距離を隔てても結びついたままになる状態である。通常の条件下では、環境がそのような相関を急速に破壊し、化学者は量子効果を考慮せずに反応を説明する。チームは、実際の不均一表面反応においてもつれが保持されるかどうか、またそれが反応の進行に影響を与えるかどうかを検証する。
そのために、科学者たちは3つのアプローチを組み合わせる：ダイヤモンド中の窒素-空孔欠陥を用いたナノスケール量子センシング、もつれを確認するための量子情報理論の手法、そしてオープン量子システムの第一原理計算である。相関が古典的ではなく真に量子的であることが判明した場合、触媒作用の理解が変わるだろう。
結果は、触媒材料や磁性材料を研究するための新しいツールの開発につながる可能性がある。将来的には、光触媒、エネルギー変換、そして肥料生産、排気ガス浄化、太陽電池の開発にすでに影響を与えている量子技術への、より効率的なプロセスへの道が開かれるだろう。
このプロジェクトはまた、英国と米国の協力を強化し、数学および化学科学の博士研究員を支援する。実験とシミュレーションは両国で並行して実施され、仮説の検証が加速される。
もつれが実際に化学変換に関与しているならば、反応の従来の説明は真剣な再検討が必要になるだろう。
