研究提出了光物质相互作用的通用方法

特伦托大学与芝加哥大学协调开展的一项研究提出了一种研究电子与光相互作用的通用方法。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。这项研究发表在《物理评论快报》上

了解量子粒子之间的相互作用对于发现可用于新技术或医学应用的新分子或新材料至关重要。例如，当分子或化合物与光相互作用时，它们的物理性质会发生很大变化。

考虑到这一点，极化子化学这一新领域旨在利用光作为催化​​剂来引发新的化学反应。更广泛地说，控制光与物质的相互作用提供了一种操纵和合成新量子物质的方法。

研究工作一如既往地通过提出必须验证的假设来取得进展。但当研究对象是一个涉及多种不同元素(即电子、光子、声子)的量子系统时，情况可能会更加复杂。很难准确计算这种系统的波函​​数，即包含相关物理信息的函数，以便对多种类型的许多量子粒子的行为做出准确的预测。

由特伦托大学物理系研究员 Carlos Leonardo Benavides-Riveros 和芝加哥大学 David A. Mazziotti 协调的芝加哥大学研究人员小组为该课题做出了贡献。

他们首先提出了一个“假设”，即一个理论方案，可以帮助他们在量子计算机上预测多体量子系统中粒子之间的相互作用。然后，他们将这个假设推广到包含多种量子粒子的系统，例如，不仅包含电子，还包含光子和/或声子的系统。

为了证明这一点，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。

这就是这项研究的新颖之处：研究人员开发出了一种单一方法，可用于为具有多种粒子类型的多体量子系统生成指数处方(ansatzes)，当在量子设备上实现时，会产生精确的波函数。

物理学家表示，这一解决方案还为物质状态的研究开辟了新的视角。

“我们在自然界中发现的分子或固体量子系统绝不会只包含电子。当光与它们相互作用时，可以产生或抑制许多令人着迷的特性，”Benavides-Riveros 解释道。

他继续说道：“我们所做的是引入电子以外的其他量子粒子，例如光粒子，通常称为光子。通过遵循我们对这个问题的普遍表述，我们可以理解其波函数的结构，从而理解其物理特性。”

“由于该假设特别适合量子计算机，这一进展为使用量子计算机模拟光物质相互作用中的重要分子问题(例如极化子化学中发生的问题)开辟了新的可能性，”Mazziotti 说。