加利福尼亚大学河滨分校的物理学家 纳撒尼尔·加博 (Nathaniel Gabor) 获得了 国防部 (DoD) 750 万美元的拨款，用于在校园内建立多学科大学研究计划 (MURI) 中心。该中心 的联合首席研究员是加州大学河滨分校、加州理工学院、麻省理工学院 和哥伦比亚 大学的 顶尖科学家。

“Vibronic”是振动和电子的合成词，指的是分子能态之间的转变。电子振动行为对于生物和材料系统都至关重要，可能会影响未来技术的能量收集效率。振动效应——伴随电子跃迁的振动跃迁——发生在从光合作用光捕获天线到分子气体和固态材料的系统中。

Gabor 是物理学和天文学教授 ，也是这项五年资助的首席研究员，他认为与国防部实验室和工业界的牢固合作将使 QuVET 成为量子电子学的科学和技术中心。他说，QuVet 所代表的富有远见的科学可能使加州大学河滨分校走在科学新时代的前沿，通过量子力学的视角来探索生物学、物理学和化学。

“这是最好的科学，给加州大学河滨分校带来了很多积极的关注，” 物理与天文学系系主任蔡善文说。 “QuVet 将为我们的本科生和研究生提供许多良好的研究机会。”

在接下来的问答中，量子材料和光合光捕获研究领域的领导者 Gabor 讨论了他对他将领导的新中心的愿景。 加州大学河滨分校 (UCR) 物理学和天文学教授、该基金的联合首席研究员维韦克·阿吉 (Vivek Aji ) 也分享了他的想法。

问：具体而言，QuVet 将重点关注哪些研究?

Gabor： 在原子和分子的长度尺度上，原子振动可以强烈影响电子的波状行为(量子性质)。当振动和电子相互作用时，所产生的行为只能被描述为电子振动。我们组建了一支由物理学家、化学家、生物化学家和生物学家组成的团队，以克服实现利用量子力学的新技术的三个关键挑战：

(1) 在许多分子和材料系统中，振动会消除电子的能量，从而降低能量传输的整体效率。然而，光合生物已经适应利用振动来增强能量的有效运动。在新的分子和材料系统中，我们能否实现相同的光合作用结果，以增强运输以实现最终效率?

(2) 通过实验控制来调节原子运动和电子态之间的相互作用仍然是不可能的，因为科学家无法在原子尺度上设计材料。新兴的生化策略和新料能否直接控制电子和振动激发的波状行为?

(3) 下一代量子系统不存在设计原理，该系统会产生强烈的振动效应。我们如何从生物学中汲取灵感，开发基于振动直接影响电子行为的奇异状态的新技术?

问：与加州理工学院、麻省理工学院和哥伦比亚大学科学家的合作将涉及哪些内容?

Aji： QuVET 团队汇集了量子物理学(加州大学河滨分校和哥伦比亚大学)、量子化学(加州理工学院和哥伦比亚大学)、生物物理学、生物化学(麻省理工学院和加州大学河滨分校)和量子材料(哥伦比亚大学和加州大学河滨分校)等学科领域的顶尖研究人员。团队的每位成员都带来了独特的专业知识，从战略上涵盖了广泛的科学基础。由于中心的目标雄心勃勃，并试图解决重大的跨学科问题，因此每个团队成员都是创造性的思想家和跨学科的科学家，这一点很重要。

问：为什么现在是建立这样一个中心的好时机?

Gabor： 振动行为的理论理解和实验控制因复杂系统中发生的广泛物理过程而变得复杂，例如光合作用的分子光捕获天线，其中振动效应发挥着最重要的作用。事实上，电子振动效应的完整量子处理并不存在。

生物学、物理学和化学在原子和分子尺度上汇聚，而量子力学在原子和分子尺度上变得比在大尺度上重要得多。随着我们研究技术的进步——我们在越来越小的长度尺度上共同研究分子和材料——越来越多的研究指出量子力学是理解新兴行为的一种手段。最近，人们发现原子的振动运动不仅对光合生物的极高效率起着至关重要的作用，而且对电子材料中能量传输的效率也起着至关重要的作用。我们的项目是首批探索设计振动运动和电子态之间相互作用的能力的项目之一，预示着量子科学的新时代。

我们相信，量子电子学将对基础科学和技术产生重大影响，涉及光传感中量子过程的生物学/生物化学以及对量子材料中新颖光电特性的理解——这两个领域处于国防部基础研究的前沿。

问：这个中心与其他地方的类似中心有何不同?

阿吉： 目前，没有其他中心强烈关注振动效应以及通过对量子振动现象的深入理解而产生的未来可能的技术。

QuVET 采用强有力的多学科方法来应对我们在此描述的挑战。振动效应发生在自然界的许多地方，充分理解它们需要人员和专业知识的非常特殊的结合。

问：您希望这个中心能够实现什么目标?

Gabor： 我希望这个中心标志着加州大学河滨分校迈向跨学科科学的一个支点。通过明智地投入资源，加州大学河滨分校可以成为量子力学描述物理、化学、生物学和工程学之间界面的新兴主题的领导者。