就规模而言，这可能是哈佛大学有史以来最微小的科学突破。哈佛大学化学和化学生物学助理教授和同事们首次将两个原子结合在一起，研究人员称其为偶极分子。这项研究发表在一篇发表在《科学》的新论文中。研究人员说，这一发现为量子计算的未来带来了巨大的希望，因为偶极分子构成了一种新的量子比特，它是量子信息的最小单位，它可以制作更高效的设备。量子信息处理的方向是我们兴奋的事情之一，在日常生活中需要各种各样的分子。
在光镊中，单个的钠和单铯原子之间的控制反应产生了一个单分子。在一个玻璃细胞真空装置内，一个激光冷却的钠原子云被悬浮，允许显微镜观察被捕获的单个原子的荧光。图片：Lee Liu and Yu Liu
然而分子空间是如此巨大，无法用现有的计算机充分地探索它。如果量子计算机能够潜在地解决复杂的问题并有效地探索分子空间，其影响将是巨大的。虽然开发这些分子——以及能够利用它们的计算机——将需要更多的研究，但目前的研究结果表明了之前没有达到的精确工作水平。当原子结合在一起形成化学反应时，就变成了分子；分子最终是化学和生命本身的组成部分。过去的实验室通过组合原子簇创造了分子，然后用平均值来衡量反应。目标是获得更多关于分子如何相互作用的见解，以及如何控制化学反应和设计新的量子材料。
然而，由Ni领导的团队开始时只有两个原子，一个钠和一个铯，它们被冷却到极低的温度，在气体、液体和固体之外的新量子相出现。然后研究人员用激光捕获原子并将它们合并到一个光学偶极子阱中。当两个原子处于“激发态”时——即由激光产生的电荷——产生一个分子的反应可能发生。每个反应都是如此，原子和分子在微观上单独结合。所做的不同之处是要对其进行更多的控制。用光学镊子抓取两种不同的单个原子，并发出激光脉冲来约束它们。整个过程发生在超高真空中，空气密度非常低。
尽管这种反应很短暂，但它证明了一个分子可以通过使用激光刺激而不是额外的原子来形成催化剂。下一步将是将原子结合在一个“地面”中，或者不是电刺激的状态，目的是创造更长的分子反应。如果在实验室中可以制造出一个偶极分子，那么更大更复杂的分子也可以。很多科学家将会跟进，因为我们已经展示了可能的情况。这项研究的动机是一些不同的东西。总的来说对一项基础研究感兴趣，看看物理相互作用和化学反应如何有助于使现象变得复杂。想用最简单的例子，量子力学定律，它是自然的基本定律。量子将会发展成更复杂的东西；当然这项工作还没有完成，但这是一个突破性的进展。
博科园-科学科普｜参考期刊文献：Science｜来自：哈佛大学
