當量子力學遇到材料科學  分子辨識的革命性方法

編譯/高晟鈞

人類對世界的理解,有很大一部分來自於對材料構成與相互作用的掌握。隨著科學家對材料科學的了解不斷加深,將可以更準確地檢測化學物質,並應用於多項領域之中。

京都大學領導的研究小組透過結合量子光源解決了「傅立葉變換紅外線光譜」的瓶頸。圖/截取自 ScitechDaily

其中一項技術被稱為紅外線光譜檢測(Infrared Spectroscopy),用於多種分子的識別,包括:醫學、環境、工業生產和生物醫學等等。目前最先進的紅外線光譜技術「傅立葉變換紅外線光譜」(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR),依舊使用加熱元件作為光源,紅外線區域探測器的雜訊不可避免地限制了儀器的靈敏度,而其物理特性也阻礙了科學家們進一步縮小該儀器。

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光譜學的量子創新

近日,京都大學領導的研究小組透過結合量子光源解決了FTIR的瓶頸,創新的超寬頻量子糾纏光源可以產生相對更寬的紅外線光子,波長落在2到5微米之間。

另一方面,龐大、耗電的FTIR也限制了其運送往不同地點進行材料測試的方便性,對此,Shigeki博士開發的新型掃描儀具有緊湊、高性能、電池供電等優勢,將為尺寸縮小化、提高儀器靈敏度和方便性,在多領域使用奠定了更好基礎。

量子力學與寬頻應用

儘管量子糾纏並不新奇,然而迄今為止,其紅外線區域的頻寬僅僅只有1微米或以下的狹窄範圍,由Shigeki博士開發的新技術,利用量子的疊加與糾纏來克服傳統技術的限制,以便在較寬的頻寬上產生量子光子對。

Shigeki博士說:「提高量子紅外線光譜的靈敏度和開發紅外線區域的量子成像,將是我們在現實世界中開發量子力學重要的一部分。」

資料來源:ScitechDaily

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