У лабораторіях хіміки звикли вважати реакції на поверхнях каталізаторів класичним процесом: молекули стикаються, обмінюються електронами та утворюють нові речовини. Однак нова спільна робота вчених з Ноттінгемського університету та Гарварду ставить під сумнів це спрощення.
Професор Джерардо Адессо зі Школи математичних наук Ноттінгема разом із колегами Меліссою Мезер та Анабель Лантерна отримав фінансування за спільною програмою UKRI та Національного наукового фонду США. Американську частину очолюють професори Джунхо Лі та Сюян Сюй. Загальний бюджет проєкту «Entanglement Witness of Heterogeneous Surface Reactions» становитиме близько 550 тисяч фунтів для Ноттінгема та 700 тисяч доларів для Гарварда. Дослідження триватиме три роки, починаючи з жовтня 2026 року.
Квантова заплутаність — це стан, при якому властивості частинок залишаються пов'язаними навіть на відстані. У звичайних умовах середовище швидко руйнує такі кореляції, і хіміки описують реакції без урахування квантових ефектів. Команда перевірить, чи зберігається заплутаність у реальних гетерогенних реакціях на поверхні та чи впливає вона на їх перебіг.
Для цього вчені об'єднають три підходи: нанорозмірне квантове зондування за допомогою дефектів азот-вакансія в алмазі, методи квантової теорії інформації для підтвердження заплутаності та розрахунки відкритих квантових систем з перших принципів. Якщо кореляції виявляться справді квантовими, а не класичними, це змінить розуміння каталізу.
Результати можуть призвести до створення нових інструментів для вивчення каталітичних та магнітних матеріалів. У перспективі це відкриє шляхи до ефективніших процесів фотокаталізу, перетворення енергії та квантових технологій, які вже впливають на виробництво добрив, очищення вихлопних газів і розробку сонячних елементів.
Проєкт також зміцнить співпрацю між Великою Британією та США, підтримавши постдоків у математичних та хімічних науках. Експерименти та симуляції проводитимуться паралельно в обох країнах, що прискорить перевірку гіпотез.
Якщо заплутаність справді бере участь у хімічних перетвореннях, звичні описи реакцій потребуватимуть серйозного перегляду.
