W laboratoriach chemicy przywykli uważać reakcje na powierzchniach katalizatorów za proces klasyczny: cząsteczki zderzają się, wymieniają elektrony i tworzą nowe substancje. Jednak nowa wspólna praca naukowców z University of Nottingham i Harvardu podważa to uproszczenie.
Profesor Gerardo Adesso z School of Mathematical Sciences w Nottingham wraz z kolegami Melissą Mather i Anabel Lanterna otrzymał finansowanie w ramach wspólnego programu UKRI i Narodowej Fundacji Nauki USA. Amerykańską częścią kierują profesorowie Junho Lee i Suyang Xu. Całkowity budżet projektu „Entanglement Witness of Heterogeneous Surface Reactions” wyniesie około 550 tysięcy funtów dla Nottingham i 700 tysięcy dolarów dla Harvardu. Badanie potrwa trzy lata, począwszy od października 2026 roku.
Splątanie kwantowe to stan, w którym właściwości cząstek pozostają ze sobą powiązane nawet na odległość. W zwykłych warunkach środowisko szybko niszczy takie korelacje, a chemicy opisują reakcje bez uwzględniania efektów kwantowych. Zespół sprawdzi, czy splątanie utrzymuje się w rzeczywistych reakcjach heterogenicznych na powierzchni i czy wpływa na ich przebieg.
W tym celu naukowcy połączą trzy podejścia: nanowymiarowe sondowanie kwantowe za pomocą defektów azot-wakancja w diamencie, metody kwantowej teorii informacji do potwierdzenia splątania oraz obliczenia z pierwszych zasad otwartych układów kwantowych. Jeśli korelacje okażą się rzeczywiście kwantowe, a nie klasyczne, zmieni to rozumienie katalizy.
Wyniki mogą doprowadzić do stworzenia nowych narzędzi do badania materiałów katalitycznych i magnetycznych. W perspektywie otworzy to drogi do bardziej efektywnych procesów fotokatalizy, konwersji energii i technologii kwantowych, które już wpływają na produkcję nawozów, oczyszczanie spalin i rozwój ogniw słonecznych.
Projekt wzmocni również współpracę między Wielką Brytanią a USA, wspierając postdoków w naukach matematycznych i chemicznych. Eksperymenty i symulacje będą prowadzone równolegle w obu krajach, co przyspieszy weryfikację hipotez.
Jeśli splątanie rzeczywiście uczestniczy w przemianach chemicznych, dotychczasowe opisy reakcji będą wymagać poważnej rewizji.
