科學家首獲“量子超化學”實驗室證據(jù)

  ICC訊 美國芝加哥大學科學家宣布，理論預測20年后，他們首次在實驗室觀測到“量子超化學”現(xiàn)象，即同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應的現(xiàn)象。相關論文發(fā)表于最新一期《自然·物理學》雜志。

  研究負責人金政教授對科技日報記者表示：“這一新研究有望開辟‘量子增強’化學反應這一新領域，促進量子化學、量子計算等發(fā)展，也有助科學家更好地研究宇宙定律?！?

  金政指出，他的團隊專門研究在極低溫度下保存的粒子。在接近絕對零度時，粒子可“手牽手”，處于同一量子態(tài)，表現(xiàn)出不同尋常的能力和行為。此前，科學家提出理論稱，一組處于相同量子態(tài)的原子和分子在化學反應中會表現(xiàn)出集體加速的行為，但科學家們此前從未觀察到這一現(xiàn)象。

  在最新研究中，金政團隊冷卻了銫原子，并將它們誘導到相同量子態(tài)，隨后觀察原子發(fā)生反應形成銫分子。在普通化學反應中，單個原子會彼此碰撞，每次碰撞都可能隨機形成一個分子。但量子力學預測，處于相同量子態(tài)的原子會集體行動，如此一來會出現(xiàn)兩個后果：一是反應發(fā)生得更快，事實上，原子越多，反應就越快；二是最終得到的分子會共享特定的量子態(tài)。

  金政團隊首次觀測到了處于同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應的現(xiàn)象。他解釋道：“處于不同狀態(tài)的相同分子可能擁有不同的物理和化學性質，有時科學家們需要在特定狀態(tài)下制備一批分子，利用傳統(tǒng)化學方法很難做到這一點，但他們的最新技術，可以將分子快速引導到相同的狀態(tài)?！?

  最新實驗使用簡單的雙原子分子進行，包括張振東博士等在內的研究團隊計劃利用最新方法，處理更大、更復雜的分子。他們設想在量子計算機或量子信息處理中使用此類分子作為量子比特。也有科學家正在探索利用這一現(xiàn)象更精確測量一些基本定律和相互作用，如宇宙學基本定律對稱性破缺等。