最新突破：兩個原子在偶極分子中結合

就規模而言，這可能是哈佛大學有史以來最微小的科學突破。哈佛大學化學和化學生物學助理教授和同事們首次將兩個原子結合在一起，研究人員稱其為偶極分子。這項研究發表在一篇發表在《科學》的新論文中。研究人員說，這一發現為量子計算的未來帶來了巨大的希望，因為偶極分子構成了一種新的量子比特，它是量子信息的最小單位，它可以製作更高效的設備。量子信息處理的方向是我們興奮的事情之一，在日常生活中需要各種各樣的分子。

在光鑷中，單個的鈉和單銫原子之間的控制反應產生了一個單分子。在一個玻璃細胞真空裝置內，一個激光冷卻的鈉原子云被懸浮，允許顯微鏡觀察被捕獲的單個原子的熒光。圖片：Lee Liu and Yu Liu

然而分子空間是如此巨大，無法用現有的計算機充分地探索它。如果量子計算機能夠潛在地解決複雜的問題並有效地探索分子空間，其影響將是巨大的。雖然開發這些分子——以及能夠利用它們的計算機——將需要更多的研究，但目前的研究結果表明了之前沒有達到的精確工作水平。當原子結合在一起形成化學反應時，就變成了分子；分子最終是化學和生命本身的組成部分。過去的實驗室通過組合原子簇創造了分子，然後用平均值來衡量反應。目標是獲得更多關於分子如何相互作用的見解，以及如何控制化學反應和設計新的量子材料。

然而，由Ni領導的團隊開始時只有兩個原子，一個鈉和一個銫，它們被冷卻到極低的溫度，在氣體、液體和固體之外的新量子相出現。然後研究人員用激光捕獲原子並將它們合併到一個光學偶極子阱中。當兩個原子處於「激發態」時——即由激光產生的電荷——產生一個分子的反應可能發生。每個反應都是如此，原子和分子在微觀上單獨結合。所做的不同之處是要對其進行更多的控制。用光學鑷子抓取兩種不同的單個原子，並發出激光脈衝來約束它們。整個過程發生在超高真空中，空氣密度非常低。

儘管這種反應很短暫，但它證明了一個分子可以通過使用激光刺激而不是額外的原子來形成催化劑。下一步將是將原子結合在一個「地面」中，或者不是電刺激的狀態，目的是創造更長的分子反應。如果在實驗室中可以製造出一個偶極分子，那麼更大更複雜的分子也可以。很多科學家將會跟進，因為我們已經展示了可能的情況。這項研究的動機是一些不同的東西。總的來說對一項基礎研究感興趣，看看物理相互作用和化學反應如何有助於使現象變得複雜。想用最簡單的例子，量子力學定律，它是自然的基本定律。量子將會發展成更複雜的東西；當然這項工作還沒有完成，但這是一個突破性的進展。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻：Science｜來自：哈佛大學

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