本報(bào)訊 超低溫度下基態(tài)分子與原子之間的散射共振，最近在實(shí)驗(yàn)上被人類首次發(fā)現(xiàn)。1月18日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布重大成果，該?？茖W(xué)家潘建偉、趙博等利用超冷原子分子量子模擬在化學(xué)物理研究中取得重大突破：他們通過對(duì)磁場(chǎng)的精確調(diào)控，首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到超低溫度下基態(tài)分子與原子之間的散射共振，向基于超冷原子分子的超冷量子化學(xué)研究邁進(jìn)重要一步。國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》1月18日刊發(fā)了這一重要研究成果。

量子計(jì)算和量子模擬具有強(qiáng)大的并行計(jì)算和模擬能力。量子計(jì)算研究的終極目標(biāo)是構(gòu)建通用型量子計(jì)算機(jī)，但這一目標(biāo)需要制備大規(guī)模的量子糾纏并進(jìn)行容錯(cuò)計(jì)算。當(dāng)前，量子計(jì)算的短期目標(biāo)是通過發(fā)展專用型量子計(jì)算機(jī)，即專用量子模擬機(jī)，力求在某些特定的問題上解決現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問題。例如，超冷原子分子量子模擬，利用高度可控的超冷量子系統(tǒng)來(lái)模擬復(fù)雜的難于計(jì)算的物理系統(tǒng)，可以對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致和全方位的研究，從而在化學(xué)反應(yīng)和新型材料設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

量子模擬最有前途的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，是真正解決那些經(jīng)典數(shù)值計(jì)算方法無(wú)法有效求解的重要多體問題。例如，在化學(xué)物理領(lǐng)域，通過量子力學(xué)計(jì)算原子分子相互作用勢(shì)能面以及模擬粒子在這一勢(shì)能面下分子碰撞的動(dòng)力學(xué)，就是這樣一類重要科學(xué)問題。理論上，計(jì)算原子分子的勢(shì)能面，需要求解多電子體系的薛定諤方程來(lái)得到電子系統(tǒng)的基態(tài)能量。由于電子之間存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)，其基態(tài)能量無(wú)法精確求解。對(duì)大質(zhì)量、多電子的分子體系，理論計(jì)算的勢(shì)能面無(wú)法可靠地模擬分子碰撞中的動(dòng)力學(xué)行為。

通過構(gòu)建針對(duì)特定問題的專用量子模擬系統(tǒng)，勢(shì)能面的信息可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)量原子分子的散射共振來(lái)獲得。在實(shí)驗(yàn)中，潘建偉團(tuán)隊(duì)從溫度為幾百納開的超冷鈉和鉀原子混合氣出發(fā)，制備出處于不同超精細(xì)態(tài)的鈉鉀振轉(zhuǎn)基態(tài)分子，并將之與處于不同內(nèi)態(tài)的鉀原子相混合。通過精確調(diào)控磁場(chǎng)，成功地在分子損失譜上觀測(cè)到超低溫下鈉鉀基態(tài)分子和鉀原子間的一系列散射共振峰，提供了對(duì)含有高達(dá)49個(gè)電子的鉀-鈉-鉀三原子分子復(fù)雜體系勢(shì)能面的超高精度測(cè)量，成功獲取了勢(shì)能面在短程部分的重要信息。

“當(dāng)前，超冷化學(xué)研究的主要困難在于勢(shì)能面的短程部分信息無(wú)法從以往的實(shí)驗(yàn)中獲取。從這種意義上說，這一工作改變了超冷極性分子和超冷物理化學(xué)的游戲規(guī)則。”《科學(xué)》審稿人高度評(píng)價(jià)道。（記者：桂運(yùn)安）