多原子分子的化学反应中，在两个势能面相交处，即锥形交叉点（conical intersection，CI）附近，波恩-奥本海默近似失效，在某些条件下，可能实现超快和高效的反应。一个典型例子是视紫质的顺反异构化反应，它也是视觉形成的关键过程。实验观测CI通常需要广谱、高时间分辨率的光泵探针光谱，还要精确控制环境，因而难度很高。

近日，耶鲁大学的研究人员在量子比特-谐振子混合体系中首次模拟了线性电子振动耦合（linear vibronic coupling，LVC）模型的CI。实验中，采用一个超导量子比特模拟电子的两个态，两个微波谐振腔模拟两个原子核振转模式。系统哈密顿量可通过微波驱动实现的条件位移相互作用控制，其中一个谐振腔与50欧姆的环境耦合，进而通过测量导致的相位退相干调节比特耗散，用和另一个谐振腔耦合的辅助比特实现Wigner层析来监测反应波包，并可同时测量电子态。实验表明，测量导致的相位退相干是波包分支的驱动力。由于测量导致的相位退相干依赖于波包相对CI的位置，在穿过CI时，退相干速率特别大，从而波包分支也得到了加速。

以往量子处理器在量子化学中的应用主要集中在BO近似下的能量计算，而该研究首次实现了非绝热化学动力学的量子模拟，并为耗散在决定量子产率等宏观量中的作用提供了更深入的视角。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2202.02364

（张颖珊 编译）