科学家首获“量子超化学”实验室证据 同一量子态粒子集体发生加速反应现象

(资料图片)

美国芝加哥大学科学家宣布，理论预测20年后，他们首次在实验室观测到“量子超化学”现象，即同一量子态的粒子集体发生加速反应的现象。相关论文发表于最新一期《自然·物理学》杂志。

金政（右）和张振东（左）。图片来源：芝加哥大学

研究负责人金政教授对科技日报记者表示：“这一新研究有望开辟‘量子增强’化学反应这一新领域，促进量子化学、量子计算等发展，也有助科学家更好地研究宇宙定律。”

金政指出，他的团队专门研究在极低温度下保存的粒子。在接近绝对零度时，粒子可“手牵手”，处于同一量子态，表现出不同寻常的能力和行为。此前，科学家提出理论称，一组处于相同量子态的原子和分子在化学反应中会表现出集体加速的行为，但科学家们此前从未观察到这一现象。

在最新研究中，金政团队冷却了铯原子，并将它们诱导到相同量子态，随后观察原子发生反应形成铯分子。在普通化学反应中，单个原子会彼此碰撞，每次碰撞都可能随机形成一个分子。但量子力学预测，处于相同量子态的原子会集体行动，如此一来会出现两个后果：一是反应发生得更快，事实上，原子越多，反应就越快；二是最终得到的分子会共享特定的量子态。

金政团队首次观测到了处于同一量子态的粒子集体发生加速反应的现象。他解释道：“处于不同状态的相同分子可能拥有不同的物理和化学性质，有时科学家们需要在特定状态下制备一批分子，利用传统化学方法很难做到这一点，但他们的最新技术，可以将分子快速引导到相同的状态。”

最新实验使用简单的双原子分子进行，包括张振东博士等在内的研究团队计划利用最新方法，处理更大、更复杂的分子。他们设想在量子计算机或量子信息处理中使用此类分子作为量子比特。也有科学家正在探索利用这一现象更精确测量一些基本定律和相互作用，如宇宙学基本定律对称性破缺等。（科技日报 记者刘霞）

关键词：