Ученые уже давно подозревали, что явление квантовой запутанности играет немаловажную роль в реакциях фотосинтеза и других естественных химических реакциях. Но значение этой роли остается неизвестной величиной и по сегодняшний день, ведь факт наличия квантовой запутанности с трудом подвергается идентификации и измерению. Недавно исследователи из университета Пурду (Purdue University) продемонстрировали новый способ количественных измерений явления квантовой запутанности в химических реакциях, основанный на измерении специального вида корреляции между частицами, разделенными достаточно большим расстоянием. И если этот метод будет экспериментально подтвержден, то полученные при его помощи данные позволят ученым глубже вникнуть в тонкости "работы" химических реакций. Это, в свою очередь, позволит оптимизировать массу технологий в энергетической, химической и других отраслях промышленности.

В своей работе ученые использовали теорему, называемую "неравенством Белла", которая стала ключевым компонентом процедуры идентификации квантовой запутанности в химических реакциях. И первые подтверждения наличия квантовой запутанности были получены при помощи математического моделирования "квантовой составляющей" одной из простых химических реакций.

Неравенство Белла широко используется для идентификации квантовой запутанности с 1964 года. Запутанность описывается как последовательность дискретных измерений квантовых величин, таких, как изменение ориентации вращения частицы. На сам факт наличия запутанности указывает корреляция вращения частицы с вращением другой частицы. И если в системе наблюдается нарушение неравенства Белла, то в ней присутствует квантовая запутанность.

Но выявление квантовой запутанности в химических реакциях требует череды непрерывных измерений квантовых величин и параметров. И не просто измерений, а множества параллельных измерений под различными углами, что позволит выявить вектора ориентации компонентов, при которых они связываются и преобразовываются в конечный продукт реакции.

Ученые создали обобщенный вариант неравенства Белла, который подходит для проведения анализа непрерывных измерений в химических реакциях. Отметим, что ранее существовал только один обобщенный вариант неравенства Белла, который был адаптирован к непрерывным измерениям в фотонных системах. Новый вариант был использован в квантовом моделировании химической реакции образования молекулы дейтерида водорода, реакции, которую использовали в 2018 году ученые из Стэнфордского университета, изучавшие квантовые состояния молекулярных взаимодействий.

В результатах моделирования химической реакции были найдены прямые подтверждения теоремы Белла, что, в свою очередь, указывает на возможность идентификации рои квантовой запутанности в химических реакциях. И в самом ближайшем будущем ученые планируют провести экспериментальную проверку своего метода на реакции синтеза дейтерида водорода в лабораторных условиях.