没有什么比那些扭曲空间、吞噬物质的黑洞更能把量子物理学搞得一团糟的了。如果你想把薛定谔的鸡蛋变成一个信息煎蛋卷，只需要找到一个事件视界，让它们掉下来。
美国莱斯大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的理论物理学家和化学家表示，基础化学几乎可以同样有效地扰乱量子信息。
该团队使用了半个多世纪前开发的数学工具，弥合了已知的半经典物理学和超导量子效应之间的差距。他们发现，反应粒子的微妙量子态以惊人的速度和效率变得混乱，接近黑洞的威力。
莱斯大学物理学家彼得·沃林斯（Peter Wolynes）说：“这项研究解决了化学物理学中一个长期存在的问题，即量子信息在分子中被打乱的速度有多快。当人们想到两个分子聚集在一起的反应时，他们认为原子只在键形成或键断开时进行单一运动。”
在原子粘在一起形成分子的经典“球和棒”模型背后，是一个复杂得多的宇宙，它与赌博数学的共同点多于与工程数学的共同点。
在量子图景中，随着粒子的命运交织在一起，可能性的状态可以像扑克游戏中的赔率一样起起落落。反应中的每一次曲折 —— 每一个新的电子，每一个增加的质子 —— 都在以微妙但关键的方式改变着赌注。
与经典物理学中基于足够能量测量的粒子结合或反弹的全有或全无事件不同，量子态包含了一些偶然因素，可以看到障碍被突破而无需支付通行费。
这些被称为“隧穿”的量子破缺物，会使绘制量子态演化图变得更加困难。一开始的简单赌注很快就会变成一团混乱，这取决于无数因素。
打破定义量子混沌的微小变化的一种方法，是使用一种叫做“超时序相关器（OTOCs）”的东西。它们最初是在20世纪60年代发展起来的，用于模拟超导性，几十年后又卷土重来，用于解释信息在黑洞中的传播方式。
“OTOC随时间增加的速度，告诉你信息在量子系统中被打乱的速度有多快，这意味着有多少看起来随机的状态被访问，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学家马丁·格鲁贝尔（Martin Gruebele）说。
该团队的计算表明，隧道效应最有可能发生在需要很少能量才能发生反应的受限粒子群中，特别是当它们保持在足够低的温度时。
事实上，这种在抽搐反应中出现的隧穿趋势，可以在亚皮秒的时间尺度上扰乱量子信息。这和黑洞差不多，黑洞是真正的大师，能把量子态揉成一团淡而无味的浆。
奇怪的是，当同样的反应发生在更真实的环境中（比如大体积溶液或生物材料汤），同样的混乱行为被“淬灭”了。
希望通过找到在化学水平上映射量子混沌的正确工具，工程师们能够微调材料，以最大限度地减少不需要的隧道，或者控制它用于创新应用。
化学家马丁·格鲁贝尔说：“有可能将这些想法扩展到不仅仅是在一个特定反应中穿隧的过程中，而是在多个穿隧步骤中，因为这就是所涉及的，例如，在许多新的软量子材料（如钙钛矿）中，电子传导被用于制造太阳能电池和类似的东西。”
这项研究发表在《美国科学院院刊》上。
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