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物理学家将数千个分子诱导共享相同的量子态

【物理学家将数千个分子诱导共享相同的量子态】这是量子物理学的一个重要里程碑，成千上万的分子被诱导共享相同的量子态，像一个巨大的超级分子一样一起“跳舞”。这是物理学家们长期以来追求的目标，他们希望利用复杂的量子系统来进行技术应用——但是要使一堆不守规矩的分子协同工作与放牧猫同等困难。
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芝加哥大学的物理学家Cheng Chin说：“人们几十年来一直在尝试这样做，所以我们感到非常兴奋。” 芝加哥大学的物理学家程钦说，“我希望这可以为多体量子化学开辟新领域。有证据表明，还有很多发现在等待着。”
许多粒子共同充当一个大粒子（共享其量子态）的概念并不是一个新概念。我们已经实现了这一目标，并用称为玻色-爱因斯坦（Bose-Einstein）凝聚态的物质状态的单个原子云进行了数十年的实验。
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它们是由冷却到仅比绝对零高出一点点（但未达到绝对零，此时原子停止移动）的原子形成的。这导致它们陷入最低能量状态，移动极其缓慢，以至于它们的能量差消失，从而导致它们在量子叠加中重叠。
结果是一个高密度的原子云，就像一个“超级原子”或物质波一样起作用。
但是，分子是由结合在一起的多个原子组成的，因此以这种方式驯服的难度要大得多。
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“原子是简单的球形物体，而分子可以振动，旋转，携带小磁铁。” Cheng Chin解释说， “因为分子可以做很多不同的事情，所以它使它们更有用，同时也更难控制。”
为了创建分子的玻色-爱因斯坦凝聚物，该团队由来自芝加哥大学的物理学家张振东领导，首先使用60,000铯原子的气体作为原子的玻色-爱因斯坦凝聚物。
接下来，他们进一步冷却了冷凝液并倾斜了磁场，使约15％的铯原子碰撞并成对结合在一起，形成了铯分子。未结合的原子从井中弹出，并施加磁场梯度以使剩余的分子悬浮并约束为二维结构。
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“通常，分子要向各个方向移动，如果允许的话，它们的稳定性就会大大降低，” Cheng Chin 说，“我们限制了分子，使它们位于二维表面上，并且只能在两个方向上移动。”
产生的气体是由科学家发现的分子组成，它们都具有相同的量子态、相同的自旋、取向和振动。
我们尚未探索分子的玻色-爱因斯坦凝聚物能做什么——但这是朝着这个方向迈出的重要一步，为将来的实验提供了一块空的画布。
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不仅对于分子缩合物本身，而且对于原子和分子的玻色-爱因斯坦缩合物之间的过渡。探索其工作原理将有助于科学家简化流程，因此我们可以与其他分子一起开发冷凝物，这些冷凝物对于不同的技术应用而言可能更易于维护或更有效。
“以传统的化学思考方式，您会想到一些原子和分子碰撞并形成一个新分子。” Cheng Chin说，“但是在量子状态下，所有分子以集体行为共同作用。这为探索分子如何能够共同反应成为一种新型分子开辟了一条全新的途径。”
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该小组的研究已发表在《自然》杂志上。

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