量子实验改写百年化学定律

科技日报讯（记者刘霞）美国和加拿大科学家开展的一项实验表明，已延用135年的阿伦尼乌斯公式需进行修改，才能应用于量子领域。相关论文发表于新一期《物理评论X》杂志。

具有不同能级量子波函数的双势阱。图片来源：英国《新科学家》网站

阿伦尼乌斯公式由1903年诺贝尔化学奖得主、瑞典科学家斯万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯创立，揭示了化学反应速率常数随温度变化的关系。

在最新研究中，耶鲁大学罗德里戈·科蒂尼亚斯等人，利用一个小型超导电路构建了一个量子比特。他们利用微波，使电路中的电流在两个势能阱内振荡。由于量子隧穿效应，系统内的干扰可能会使量子比特意外地从一个势能阱跃迁到另一个阱。

根据阿伦尼乌斯公式，增加两个势能阱之间的能量差，应该会使量子比特在它们之间发生量子隧穿的频率呈指数级下降，从而得到一条平滑的曲线，但实验结果却呈现为一条类似楼梯的锯齿线。

研究人员分析发现，造成这一差异的原因在于量子比特的能级约束。在宏观世界中，阿伦尼乌斯公式假设量子比特可拥有任何能级，但在量子理论中，只允许其拥有一组特殊的离散能级。因此，阿伦尼乌斯公式必须经过修改，才能应用于量子领域。研究人员表示，在易受量子效应影响的系统中使用传统的阿伦尼乌斯公式，可能会导致较大误差。

这一意外发现帮助研究人员对量子比特进行了改进，使其在一个势能阱中的停留时间相比以往延长了10倍。这提升了量子比特的可靠性，对于量子计算机的研制至关重要。