据英国《自然》杂志网站9月19日报导,科学家运用激光,把分子冷冻到挨近绝对零度,这是单分子激光制冷首次达到这样的低温。向操控物质化学物理进程,制作量子核算机迈进了一大步。
上世纪七八十年代,物理学家就能将原子冷却到非常挨近绝对零度的低温。基本原理就是用激光作用在原子上使之减速。当原子被冷冻到挨近绝对零度时,它们就会遵守特别的量子力学规律。在与它们的低能级相应的状态下振荡,这被用作超敏加速计和量子钟,冷库安装原子本身也会粘在一起形成一种“超级原子”,这就是闻名的“玻色爱因斯坦凝集”。
对分子制冷要比对单个原子愈加杂乱。原子能够经过激光来制冷,因为来自激光束的光粒子被吸收后,原子会重新宣布一个光子,然后减少动能。经过上千次这种反响滞后,原子就被冷冻在绝对零度附近十亿分之几的范围内。但分子比原子更重,更难对激光起反响。并且,分子会以原子键和旋转、自旋的方法贮存能量,这些要素都让分子很难变冷。
美国耶鲁大学的爱德华·舒曼和戴维·德米尔,运用了既有技术和几项新技术,把氟化锶(srF)冷冻到仅有几百微开氏度。研究小组用了一种新方法,使分子在同一方向上完成整体制冷。首先,他们挑选了氟化锶,经过核算,这种分子不太可能发生振荡阻碍制冷;然后,他们挑选了一束彩色激光,以保证能量被分子吸收而不会让它们自旋;终究,他们用了一种预先冷冻的氟化锶,取得了杰出的效果。
这种超冷分子有助于科学家研究量子力学的化学属性。超低温度下,极性分子可被看作是微小的磁体,有着南北两极,研究人员可利用这一性质,构建一个反响系统,让极冷粒子在其中彼此反响,而这用超冷原子是做不到的。
现在的温度尚不是最低,研究小组正在设法让氟化锶冷却到大约300微开氏度。研究人员表明,主要数据显示还能做到更低的温度。假如进一步把激光制冷技术拓宽到分子,就能让多种不同的分子达到超冷稳定。
德米尔说,终究超冷资料将应用在量子核算机上。因为超冷分子具有“磁体”特征,这意味着分子之间能经过磁场相互反响。使它们能执行分类量子核算,可能会打破现有核算机的编码和解码问题,完成量子堆叠与牵连原理发生的巨大核算才能。这是当前最大的超级核算机因为物理化学方面的限制而无法完成的。
《科技日报》
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