超冷分子量子調控研究取得新進展

中國科學技術大學潘建偉、趙博等在超冷分子量子調控研究中取得新進展。在該研究中，他們在製備振動轉動基態的分子過程中，觀測到共振受激拉曼絕熱通道和失諧受激拉曼絕熱通道之間的干涉，向基於超冷原子分子的量子模擬邁進了重要一步。近日，這一研究成果以編輯推薦的形式發表在國際學術期刊《物理評論快報》上。

超冷原子分子因其高度可控性，一直以來是量子模擬研究的理想候選。超冷原子分子量子模擬利用高度可控的量子系統來模擬複雜的難於計算的物理系統，不僅為經典計算機無法有效處理的大規模計算難題提供了解決方案，也可以揭示複雜物理系統的規律，從而在化學和材料設計中具有廣泛的應用前景。

超冷分子的量子調控是超冷原子分子量子模擬領域的一個研究熱點。自2008年美國科學院院士黛博拉·金（Deborah Jin）和葉軍（Jun Ye）的聯合實驗小組利用受激拉曼絕熱通道技術（Stimulated adiabatic Raman passage）製備了銣鉀超冷分子以來，多種鹼金屬原子的分子陸續在其他實驗室中利用相同的技術被製備出來。受激拉曼絕熱通道技術可以實現分子不同內態之間高效的轉移。在過去三十年間，這項技術廣泛地應用於物理和化學的各個研究領域，並且已經成為製備超冷振動轉動基態分子的關鍵技術。分子具有非常複雜的振動轉動和超精細結構。一直以來，人們普遍認為在多能級分子體系中通過共振光耦合來選取等效的三能級系統，分子會在共振拉曼絕熱通道的驅使下完成內態的轉移。其他的能級由於單光子失諧遠大於激光拉比頻率，對內態轉移的影響可以忽略不計。

在該項研究成果中，中國科大的研究團隊通過巧妙的設計實驗，觀測到失諧的受激拉曼絕熱通道和共振受激拉曼絕熱通道之間的干涉現象。這種干涉現象在過去的研究中一直沒有被觀測到過。這一實驗解決了例如基態分子超精細態純度和相干性等一系列懸而未決的問題。利用這種干涉，研究人員實現了受激拉曼絕熱通道干涉儀，並利用干涉儀高精度地測量了基態分子核自旋的相互作用常數。

該實驗的重要意義在於，這是第一次觀測到共振受激拉曼絕熱通道和失諧拉曼絕熱通道之間的干涉現象，闡明了失諧拉曼絕熱通道在分子內態轉移中的不可忽視的作用。這一工作得到了審稿人的高度評價：「這是一個出乎意料的結果。失諧的受激拉曼絕熱通道在某些條件下不能被忽略，而是會和共振受激拉曼絕熱通道發生明顯的干涉。受激拉曼絕熱通道技術已經發展了三十年，令人驚訝的是這個現象以前沒有人注意到過。」「這一工作對其他系統設計受激拉曼絕熱通道具有重要的指導意義。」

該研究工作得到自然科學基金委、科技部、中科院、安徽省等的支持。

中國科大在超冷分子量子調控領域取得進展

來源：中國科學技術大學，語音合成技術由科大訊飛提供

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