在无穷小领域，粒子随着量子力学的旋律起舞，哈佛大学的一组科学家取得了突破性的发现。他们首次证明了量子相干性(粒子保持相位关系并同时存在于多种状态的能力)在涉及超冷分子的化学反应中的存在。这一发现发表在《科学》杂志上，为利用化学反应在量子信息科学中的未来应用打开了大门。

在TheodoreWilliamRichards化学教授兼物理学教授Kang-KuenNi的带领下，该团队深入研究了涉及40K87Rb双碱分子的原子交换化学反应的复杂世界。在此反应中，两个钾铷(KRb)分子结合形成钾(K2)和铷(Rb2)产物。通过操纵磁场，研究人员在KRb分子中制备了处于纠缠状态的初始核自旋，然后仔细检查了结果。

超冷前沿

为了观察反应过程和结果背后的量子动力学，Ni实验室必须突破温度的界限。利用激光冷却和磁捕获，他们将分子冷却至仅500纳开尔文，仅比绝对零度高几分之一。在这种超冷环境中，分子速度减慢，使科学家能够以极高的精度分离、操纵和检测单个量子态。

这种控制水平可以观察叠加、纠缠和相干等量子效应，这些效应在分子和化学反应的行为中发挥着重要作用。通过采用包括巧合检测在内的复杂技术，研究人员以无与伦比的准确性绘制和描述了反应产物。

保持量子相干性

结果揭示了一个令人惊讶的发现：在整个反应过程中，核自旋自由度内保持了量子相干性。这种相干性的存在意味着产物分子K2和Rb2处于纠缠状态，继承了反应物的纠缠。此外，通过故意诱导反应物退相干，研究人员证明了对反应产物分布的控制。

“我对我们研究化学反应的一个非常基本的性质的工作感到非常自豪，我们真的不知道结果会是什么，”倪说。“通过实验来了解大自然告诉我们什么，真的很令人高兴。”

第一合著者、研究生朱令邦认为该实验是扩大人们对化学反应总体理解的机会。“我们正在探索自然界中可能发生的现象，”朱说。“我们可以尝试将我们的概念扩展到其他化学反应。尽管KRb的电子结构可能不同，但干扰反应的想法也可以推广到其他化学系统。”

展望未来，倪希望严格证明产物分子是纠缠的，她乐观地认为量子相干性可以在非超冷环境中持续存在。倪说：“我们相信结果是普遍的，不一定限于低温，而且可能在更温暖和潮湿的条件下发生。”“这意味着存在一种我们以前不知道的化学反应机制。”

随着科学家们不断揭开化学反应中量子力学的奥秘，哈佛大学团队的这一突破性发现为更深入地理解支配我们世界的基本过程以及在量子信息科学领域利用这些现象的潜力铺平了道路。。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：