[科普中國]-我國學(xué)者在超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域取得進展

新華社合肥7月6日電（記者徐海濤）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事趙博、陳宇翱等在超冷分子和超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域取得重要進展，首次在實驗上直接觀測到超低溫度下弱束縛分子與自由原子間發(fā)生的量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)，并實現(xiàn)了其動力學(xué)的探測，從而向基于超冷分子的超冷量子化學(xué)研究邁進了重要一步。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》4日以研究長文的形式發(fā)表了這一研究成果。

量子計算和模擬具有強大的并行計算和模擬能力，不僅為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案，也可有效揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)的規(guī)律，為新能源開發(fā)、新材料設(shè)計等提供指導(dǎo)，大幅降低用真實材料做試驗投入的時間和資金。諾貝爾物理學(xué)獎獲得者弗蘭克·維爾切克曾指出，量子模擬“將成為化學(xué)和材料科學(xué)的核心工具”。

在接近絕對零攝氏度的溫度下，分子的化學(xué)反應(yīng)完全由量子力學(xué)主導(dǎo)，將顯著地改變化學(xué)反應(yīng)的行為。但限于之前的研究水平，超低溫下量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)迄今尚未被實驗實現(xiàn)。

近期，中國科大團隊首次成功觀測到了超低溫下弱束縛的分子和原子發(fā)生的可控化學(xué)反應(yīng)。他們巧妙地利用弱束縛分子的束縛能可以調(diào)節(jié)的特性，精確控制反應(yīng)中釋放的能量，實現(xiàn)了對反應(yīng)產(chǎn)物的囚禁。在此基礎(chǔ)上利用射頻場操作技術(shù)，成功探測了反應(yīng)的分子產(chǎn)物和原子產(chǎn)物，并進一步研究了其反應(yīng)動力學(xué)，實驗結(jié)果證實了弱束縛分子之間化學(xué)反應(yīng)通道的選擇性。

該實驗的重要意義在于，這是第一次在超冷化學(xué)反應(yīng)中觀測到量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)，從而將化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的實驗研究推進到量子水平。《自然·物理》審稿人對此給予高度肯定，評價“探測超冷化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物是目前該領(lǐng)域的重大研究目標，本工作向這個目標邁出了第一步”。并認為該工作是超冷化學(xué)領(lǐng)域的一個重要的里程碑，將引起化學(xué)和物理研究者的廣泛興趣。

新華社合肥7月6日電（記者徐海濤）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事趙博、陳宇翱等在超冷分子和超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域取得重要進展，首次在實驗上直接觀測到超低溫度下弱束縛分子與自由原子間發(fā)生的量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)，并實現(xiàn)了其動力學(xué)的探測，從而向基于超冷分子的超冷量子化學(xué)研究邁進了重要一步。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》4日以研究長文的形式發(fā)表了這一研究成果。

量子計算和模擬具有強大的并行計算和模擬能力，不僅為經(jīng)典計算機無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案，也可有效揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)的規(guī)律，為新能源開發(fā)、新材料設(shè)計等提供指導(dǎo)，大幅降低用真實材料做試驗投入的時間和資金。諾貝爾物理學(xué)獎獲得者弗蘭克·維爾切克曾指出，量子模擬“將成為化學(xué)和材料科學(xué)的核心工具”。

在接近絕對零攝氏度的溫度下，分子的化學(xué)反應(yīng)完全由量子力學(xué)主導(dǎo)，將顯著地改變化學(xué)反應(yīng)的行為。但限于之前的研究水平，超低溫下量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)迄今尚未被實驗實現(xiàn)。

近期，中國科大團隊首次成功觀測到了超低溫下弱束縛的分子和原子發(fā)生的可控化學(xué)反應(yīng)。他們巧妙地利用弱束縛分子的束縛能可以調(diào)節(jié)的特性，精確控制反應(yīng)中釋放的能量，實現(xiàn)了對反應(yīng)產(chǎn)物的囚禁。在此基礎(chǔ)上利用射頻場操作技術(shù)，成功探測了反應(yīng)的分子產(chǎn)物和原子產(chǎn)物，并進一步研究了其反應(yīng)動力學(xué)，實驗結(jié)果證實了弱束縛分子之間化學(xué)反應(yīng)通道的選擇性。

該實驗的重要意義在于，這是第一次在超冷化學(xué)反應(yīng)中觀測到量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)，從而將化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的實驗研究推進到量子水平?！蹲匀弧の锢怼穼徃迦藢Υ私o予高度肯定，評價“探測超冷化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物是目前該領(lǐng)域的重大研究目標，本工作向這個目標邁出了第一步”。并認為該工作是超冷化學(xué)領(lǐng)域的一個重要的里程碑，將引起化學(xué)和物理研究者的廣泛興趣。

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