聚態(tài)物理中由于復(fù)雜的多體相互作用導(dǎo)致的強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，例如高溫超導(dǎo)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)等等，很難直接得到求解，妨礙了人們對(duì)這類(lèi)物理問(wèn)題的深入理解和應(yīng)用。日前，中國(guó)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(jìn)展，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上直接觀測(cè)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(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了可控態(tài)態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的探測(cè)，從而向基于超冷分子的超冷量子化學(xué)的研究邁進(jìn)了重要一步。7月4日，這一重要研究成果以研究長(zhǎng)文的形式發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》上[Nature Physics 13, 699–703 (2017)]。在該項(xiàng)研究成果中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功觀測(cè)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(xué)反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(chǎng)操作技術(shù)，成功探測(cè)了反應(yīng)的分子產(chǎn)物和原子產(chǎn)物，并進(jìn)一步研究了態(tài)態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了弱束縛分子之間化學(xué)反應(yīng)通道的選擇性，驗(yàn)證了W. Stwalley約40年前的預(yù)言。

據(jù)了解，量子計(jì)算和模擬具有強(qiáng)大的并行計(jì)算和模擬能力，不僅為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的大規(guī)模計(jì)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(kāi)發(fā)、新材料設(shè)計(jì)等提供指導(dǎo)。對(duì)化學(xué)反應(yīng)和材料進(jìn)行建模是量子計(jì)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(wàn)計(jì)的候選，大幅減少在真實(shí)材料中開(kāi)展試驗(yàn)而投入的時(shí)間和資金。如同諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、麻省理工學(xué)院的Frank Wilczek教授在《今日物理》(Physics Today)發(fā)表的專題報(bào)道“未來(lái)百年的物理學(xué)”中所指出的，量子模擬“將成為化學(xué)和材料科學(xué)的核心工具。”

該實(shí)驗(yàn)的重要意義在于，這是*次在超冷化學(xué)反應(yīng)中觀測(cè)到態(tài)態(tài)的化學(xué)反應(yīng)，從而將化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究推進(jìn)到量子水平。這一工作得到了《自然·物理》審稿人的高度評(píng)價(jià)：“探測(cè)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(biāo)，本工作向這個(gè)目標(biāo)邁出了*步”;“該工作是超冷化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要的里程碑，將引起化學(xué)和物理研究者的廣泛興趣”。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。