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美國芝加哥大學科學家宣布，理論預(yù)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(yīng)的現(xiàn)象。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·物理學》雜志。

金政(右)和張振東(左)。

圖片來源：芝加哥大學

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(yīng)這一新領(lǐng)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(yīng)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(dǎo)到相同量子態(tài)，隨后觀察原子發(fā)生反應(yīng)形成銫分子。在普通化學反應(yīng)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(yù)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(yīng)發(fā)生得更快，事實上，原子越多，反應(yīng)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(yīng)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(zhì)，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(shù)，可以將分子快速引導(dǎo)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(nèi)的研究團隊計劃利用最新方法，處理更大、更復(fù)雜的分子。他們設(shè)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。

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