聚態(tài)物理中由于復(fù)雜的多體相互作用導(dǎo)致的強關(guān)聯(lián)體系，例如高溫超導(dǎo)、分數(shù)量子霍爾效應(yīng)等等，很難直接得到求解，妨礙了人們對這類物理問題的深入理解和應(yīng)用。日前，中國科學技術(shù)大學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量子模擬研究領(lǐng)域取得重要進展，他們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)生的態(tài)態(tài)的化學反應(yīng)，實現(xiàn)了可控態(tài)態(tài)反應(yīng)動力學的探測，從而向基于超冷分子的超冷量子化學的研究邁進了重要一步。7月4日，這一重要研究成果以研究長文的形式發(fā)表在學術(shù)期刊《自然·物理學》上[Nature Physics 13, 699–703 (2017)]。在該項研究成果中，中國科學技術(shù)大學的研究團隊成功觀測到了超低溫下弱束縛的分子和原子發(fā)生的可控態(tài)態(tài)的化學反應(yīng)。在實驗中，他們巧妙的利用弱束縛分子的束縛能可以調(diào)節(jié)的特性，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，他們利用精密的射頻場操作技術(shù)，成功探測了反應(yīng)的分子產(chǎn)物和原子產(chǎn)物，并進一步研究了態(tài)態(tài)反應(yīng)動力學。實驗結(jié)果證實了弱束縛分子之間化學反應(yīng)通道的選擇性，驗證了W. Stwalley約40年前的預(yù)言。

據(jù)了解，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)。對化學反應(yīng)和材料進行建模是量子計算zui先可能的應(yīng)用之一。借助量子模擬，研究者可以在人工可控的環(huán)境中研究數(shù)百萬計的候選，大幅減少在真實材料中開展試驗而投入的時間和資金。如同諾貝爾物理學獎獲得者、麻省理工學院的Frank Wilczek教授在《今日物理》(Physics Today)發(fā)表的專題報道“未來百年的物理學”中所指出的，量子模擬“將成為化學和材料科學的核心工具。”

該實驗的重要意義在于，這是*次在超冷化學反應(yīng)中觀測到態(tài)態(tài)的化學反應(yīng)，從而將化學反應(yīng)動力學的實驗研究推進到量子水平。這一工作得到了《自然·物理》審稿人的高度評價：“探測超冷化學反應(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*步”;“該工作是超冷化學領(lǐng)域的一個重要的里程碑，將引起化學和物理研究者的廣泛興趣”。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。