科学家首获“量子超化学”实验室证据

科技日报北京8月8日电(记者刘霞)美国芝加哥大学科学家宣布，经过20年的理论预测，他们首次在实验室观测到“量子超化学”现象，即处于同一量子态的粒子集体加速反应的现象。相关论文发表在最新一期《自然·物理》杂志上。

研究负责人郑锦教授告诉科技日报记者:“这项新研究有望开辟‘量子增强’化学反应的新领域，推动量子化学和量子计算的发展，帮助科学家更好地研究宇宙规律。”

郑锦指出，他的团队专门研究在极低温度下保存的粒子。在绝对零度附近，粒子可以“牵手”，处于相同的量子态，表现出不同寻常的能力和行为。此前，科学家提出了处于同一量子态的一组原子和分子在化学反应中会表现出集体加速的理论，但此前科学家从未观测到这种现象。

在最新的研究中，郑锦的团队冷却铯原子，并诱导它们进入相同的量子态，然后观察原子反应形成铯分子。在普通的化学反应中，单个原子会相互碰撞，每次碰撞都可能随机形成一个分子。而量子力学预言，处于同一量子态的原子集体行动，会产生两种后果:一是反应发生得更快，实际上原子越多，反应越快；第二，最终的分子将共享特定的量子态。

郑锦团队首次观察到处于同一量子态的粒子集体加速反应的现象。他解释说:“同一分子在不同状态下可能具有不同的物理和化学性质。有时科学家需要制备一批特定状态的分子，这用传统的化学方法很难做到，但他们的最新技术可以快速引导分子达到相同的状态。”

最新的实验使用简单的双原子分子，包括张振东博士在内的研究团队计划使用最新的方法来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这种分子作为量子位。一些科学家也在探索利用这一现象更精确地测量一些基本定律和相互作用，比如宇宙学的基本定律——对称破缺。