單分子激光制冷首次達到接近絕對零度

　　據英國《自然》雜志網站9月19日報道，科學家使用激光，把分子冷凍到接近絕對零度，這是單分子激光制冷首次達到這樣的低溫。向控制物質化學物理過程，制造量子計算機邁進了一大步。

　　上世紀七八十年代，物理學家就能將原子冷卻到非常接近絕對零度的低溫。基本原理就是用激光作用在原子上使之減速。當原子被冷凍到接近絕對零度時，它們就會遵守特殊的量子力學定律。在與它們的低能級相應的狀態下振動，這被用作超敏加速計和量子鐘，原子本身也會粘在一起形成一種“超級原子”，這就是著名的“玻色—愛因斯坦凝聚”。

　　對分子制冷要比對單個原子更加復雜。原子可以通過激光來制冷，因為來自激光束的光粒子被吸收后，原子會重新發出一個光子，從而減少動能。經過上千次這種反應滯后，原子就被冷凍在絕對零度附近十億分之幾的范圍內。但分子比原子更重，更難對激光起反應。而且，分子會以原子鍵和旋轉、自旋的方式儲存能量，這些因素都讓分子很難變冷。

　　美國耶魯大學的愛德華·舒曼和戴維·德米爾，使用了既有技術和幾項新技術，把氟化鍶（SrF）冷凍到僅有幾百微開氏度。研究小組用了一種新方法，使分子在同一方向上實現整體制冷。首先，他們選擇了氟化鍶，經過計算，這種分子不太可能發生振動阻礙制冷；然后，他們選擇了一束彩色激光，以確保能量被分子吸收而不會讓它們自旋；最后，他們用了一種預先冷凍的氟化鍶，取得了良好的效果。

　　這種超冷分子有助于科學家研究量子力學的化學屬性。超低溫度下，極性分子可被看作是微小的磁體，有著南北兩極，研究人員可利用這一性質，構建一個反應系統，讓極冷粒子在其中相互反應，而這用超冷原子是做不到的。

　　目前的溫度尚不是最低，研究小組正在設法讓氟化鍶冷卻到大約300微開氏度。研究人員表示，主要數據顯示還能做到更低的溫度。如果進一步把激光制冷技術拓展到分子，就能讓多種不同的分子達到超冷穩定。

　　德米爾說，最終超冷材料將應用在量子計算機上。由于超冷分子具有“磁體”特征，這意味著分子之間能通過磁場互相反應。使它們能執行分類量子計算，可能會突破現有計算機的編碼和解碼問題，實現量子重疊與牽連原理產生的巨大計算能力。這是當前最大的超級計算機由于物理化學方面的限制而無法實現的。