惊！一项研究揭示光与物质的通用互动秘诀

特伦托大学与芝加哥大学协同开展的一项研究提出了一种电子与光相互作用的通用办法。未来，它可能有助于量子技术的发展以及新物质状态的发现。该研究在 发表于 《物理评论快报》

了解量子粒子之间的相互作用，对于发现能够用于新型技术或医疗应用的新分子或材料，是至关重要的。例如，当分子或化合物与光相互作用时，它们的物理性质可能会发生很大变化。

考虑到这一点，极化子化学这一新的领域旨在把光当作催化剂来引发新的化学反应。更普遍地说，控制光与物质的相互作用为操纵和合成新的量子物质提供了一种途径。

研究工作一如既往地通过提出必须验证的假设来推进。但是，当研究对象是涉及众多不同元素（即电子、光子、声子）的量子系统时，情况可能会更加复杂。很难精确计算这样一个系统的波函数，也就是包含相关物理信息、用于对多种类型的众多量子粒子的行为进行准确预测的函数。

来自芝加哥大学的一组研究人员，由特伦托大学物理系的研究员卡洛斯·莱昂纳多·贝纳维德斯-里维罗斯（Carlos Leonardo Benavides-Riveros）和芝加哥大学的大卫·A·马齐奥蒂（David A. Mazziotti）协调，在这一主题上做出了贡献。

他们以一个‘假设’（ansatz）为起点，这是一种理论上的处方，能够帮助他们在量子计算机上预测多体量子系统中粒子间的相互作用。

为了进行证明，研究人员在 IBM 量子计算机上模拟了一种通用量子算法，其理论误差为零。

而这就是这项研究的新颖之处：研究人员开发了一种单一的方法，可用于为具有不止一种粒子的多体量子系统生成指数形式的假设（ansatzes），当在量子设备上实施时，会产生精确的波函数。

物理学家表示，这一解决方案也为物质状态的研究开辟了新的视角。

“像我们在自然界中发现的分子或固体这样的量子系统，从来都不只有电子。当光与它们相互作用时，可以创造或抑制许多迷人的特性，”贝纳维德斯 - 里维罗斯解释说。

他接着说：“我们所做的”，“是引入除电子之外的其他量子粒子，例如光粒子，通常称为光子。通过遵循我们针对这个问题的通用公式，我们能够理解其波函数的结构，从而了解其物理性质。”

“因为这个假设特别适用于量子计算机，这一进展为利用量子计算机对光物质相互作用中的重要分子问题进行建模开辟了新的可能性，像在极化激元化学中出现的那些问题，”马齐奥蒂说道。