科學(xué)家首獲“量子超化學(xué)”實(shí)驗室證據

  ICC訊 美國芝加哥大學(xué)科學(xué)家宣布，理論預測20年后，他們首次在實(shí)驗室觀(guān)測到“量子超化學(xué)”現象，即同一量子態(tài)的粒子集體發(fā)生加速反應的現象。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·物理學(xué)》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(kāi)辟‘量子增強’化學(xué)反應這一新領(lǐng)域，促進(jìn)量子化學(xué)、量子計算等發(fā)展，也有助科學(xué)家更好地研究宇宙定律?！?

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

  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(guān)察原子發(fā)生反應形成銫分子。在普通化學(xué)反應中，單個(gè)原子會(huì )彼此碰撞，每次碰撞都可能隨機形成一個(gè)分子。但量子力學(xué)預測，處于相同量子態(tài)的原子會(huì )集體行動(dòng)，如此一來(lái)會(huì )出現兩個(gè)后果：一是反應發(fā)生得更快，事實(shí)上，原子越多，反應就越快；二是最終得到的分子會(huì )共享特定的量子態(tài)。

  金政團隊首次觀(guān)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(xué)性質(zhì)，有時(shí)科學(xué)家們需要在特定狀態(tài)下制備一批分子，利用傳統化學(xué)方法很難做到這一點(diǎn)，但他們的最新技術(shù)，可以將分子快速引導到相同的狀態(tài)?！?

  最新實(shí)驗使用簡(jiǎn)單的雙原子分子進(jìn)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(lèi)分子作為量子比特。也有科學(xué)家正在探索利用這一現象更精確測量一些基本定律和相互作用，如宇宙學(xué)基本定律對稱(chēng)性破缺等。