Trong các phòng thí nghiệm, các nhà hóa học thường coi các phản ứng trên bề mặt chất xúc tác là một quá trình cổ điển: các phân tử va chạm, trao đổi electron và tạo thành các chất mới. Tuy nhiên, một nghiên cứu chung mới của các nhà khoa học từ Đại học Nottingham và Harvard đặt ra nghi vấn về sự đơn giản hóa này.
Giáo sư Gerardo Adesso từ Trường Khoa học Toán học Nottingham cùng với các đồng nghiệp Melissa Mather và Anabel Lanterna đã nhận được tài trợ từ chương trình chung UKRI và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ. Phần Mỹ do các giáo sư Junho Lee và Xiuyang Xu đứng đầu. Tổng ngân sách của dự án 'Entanglement Witness of Heterogeneous Surface Reactions' sẽ vào khoảng 550 nghìn bảng Anh cho Nottingham và 700 nghìn đô la cho Harvard. Nghiên cứu sẽ kéo dài ba năm bắt đầu từ tháng 10 năm 2026.
Sự vướng víu lượng tử là trạng thái mà các tính chất của hạt vẫn liên kết với nhau ngay cả khi ở khoảng cách xa. Trong điều kiện bình thường, môi trường nhanh chóng phá hủy các tương quan như vậy, và các nhà hóa học mô tả các phản ứng mà không tính đến các hiệu ứng lượng tử. Nhóm nghiên cứu sẽ kiểm tra xem liệu sự vướng víu có được duy trì trong các phản ứng dị thể thực tế trên bề mặt hay không và liệu nó có ảnh hưởng đến diễn biến của chúng hay không.
Để làm điều này, các nhà khoa học sẽ kết hợp ba phương pháp: cảm biến lượng tử kích thước nano sử dụng các khuyết tật nitrogen-vacancy trong kim cương, các phương pháp lý thuyết thông tin lượng tử để xác nhận sự vướng víu, và các tính toán từ nguyên lý đầu cho các hệ lượng tử mở. Nếu các tương quan thực sự là lượng tử chứ không phải cổ điển, điều này sẽ thay đổi sự hiểu biết về xúc tác.
Kết quả có thể dẫn đến việc tạo ra các công cụ mới để nghiên cứu vật liệu xúc tác và từ tính. Trong tương lai, điều này sẽ mở ra con đường cho các quá trình quang xúc tác hiệu quả hơn, chuyển đổi năng lượng và công nghệ lượng tử, vốn đã ảnh hưởng đến sản xuất phân bón, xử lý khí thải và phát triển pin mặt trời.
Dự án cũng sẽ tăng cường hợp tác giữa Vương quốc Anh và Hoa Kỳ, hỗ trợ các nghiên cứu sau tiến sĩ trong khoa học toán học và hóa học. Các thí nghiệm và mô phỏng sẽ được tiến hành song song ở cả hai quốc gia, giúp tăng tốc việc kiểm tra các giả thuyết.
Nếu sự vướng víu thực sự tham gia vào các biến đổi hóa học, các mô tả thông thường về phản ứng sẽ cần được xem xét lại một cách nghiêm túc.
