科學(xué)家證明了涉及超冷分子的化學(xué)反應(yīng)中量子相干性的存在

如果將化學(xué)反應(yīng)放大到量子水平，您會(huì)注意到粒子的行為就像波一樣，可以產(chǎn)生漣漪和碰撞。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直在尋求理解量子相干性，即粒子維持相位關(guān)系并同時(shí)存在于多種狀態(tài)的能力。這類似于同步波的所有部分。量子相干性能否在鍵動(dòng)態(tài)斷裂和形成的化學(xué)反應(yīng)中持續(xù)存在，一直是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次證明了涉及超冷分子的化學(xué)反應(yīng)中量子相干性的存在。這些發(fā)現(xiàn)凸顯了利用化學(xué)反應(yīng)在量子信息科學(xué)中未來(lái)應(yīng)用的潛力。

“我對(duì)我們的工作感到非常自豪，我們研究了化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)非常基本的性質(zhì)，我們真的不知道結(jié)果會(huì)是什么，”資深合著者、西奧多·威廉·理查茲化學(xué)教授兼化學(xué)教授康昆·倪說(shuō)。物理。 “通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)了解大自然告訴我們什么，真的很令人高興。”

在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文中，研究人員詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾卧诔洵h(huán)境中研究涉及40 K 87 Rb 雙堿分子的特定原子交換化學(xué)反應(yīng)，其中兩個(gè)鉀銣 (KRb) 分子反應(yīng)形成鉀 (K 2 ) 和銣 (Rb 2 ) 產(chǎn)品。

研究小組通過(guò)操縱磁場(chǎng)，在糾纏態(tài)下制備了 KRb 分子的初始核自旋，然后用專門的工具檢查了結(jié)果。在超冷環(huán)境下，Ni實(shí)驗(yàn)室能夠跟蹤核自旋自由度并觀察反應(yīng)過(guò)程和結(jié)果背后復(fù)雜的量子動(dòng)力學(xué)。

利用激光冷卻和磁捕獲，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒎肿永鋮s到絕對(duì)零以上幾分之一度。在這種溫度僅為 500 納開爾文的超冷環(huán)境中，分子速度減慢，使科學(xué)家能夠以極高的精度分離、操縱和檢測(cè)單個(gè)量子態(tài)。這種控制有助于觀察疊加、糾纏和相干等量子效應(yīng)，這些效應(yīng)在分子和化學(xué)反應(yīng)的行為中發(fā)揮著基礎(chǔ)作用。

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