中国科大超冷化学量子模拟领域获得重要进展

　　摘要：量子计算和摹拟具有强大的并行计算和摹拟能力，不仅为经典计算机没法解决的大规模计算困难提供有效解决方案，也可有效揭露复杂物理系统的规律，为新能源开发、新材料设计等提供指导。

　　凝聚态物理中由于复杂的多体相互作用导致的强关联体系，例如高温超导、分数量子霍尔效应等等，很难直接得到求解，妨碍了人们对这类物理问题的深入理解和运用。日前，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等在超冷份子和超冷化学量子模拟研究领域取得重要进展，他们首次在实验上直接观测到超低温度下弱束缚分子与自由原子间发生的态态的化学反应，实现了可控态态反应动力学的探测，从而向基于超冷份子的超冷量子化学的研究迈进了重要一步。7月4日，这1重要研究成果以研究长文的形式发表在国际权威学术期刊《自然·物理学》上[Nature Physics 1 , 699–70 (2017)]。

　　据了解，量子计算和摹拟具有强大的并行计算和摹拟能力，不仅为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案，也可有效揭露复杂物理系统的规律，为新能源开发、新材料设计等提供指点。对化学反应和材料进行建模是量子计算最早可能的运用之一。借助量子摹拟，研究者可以在人工可控的环境中研究数百万计的候选，大幅减少在真实材料中开展实验而投入的时间和资金。如同诺贝尔物理学奖获得者、麻省理工学院的Frank Wilczek教授在《今日物理》(Physics Today)发表的专题报道“未来百年的物理学”中所指出的，量子模拟“将成为化学和材料科学的核心工具。”

　　在该项研究成果中，中国科学技术大学的研究团队首次成功观测到了超低温下弱束缚的份子和原子发生的可控态态的化学反应。在实验中，他们奇妙的利用弱束缚份子的束缚能可以调理的特性，精确控制反应中释放的能量，实现了对反应产物的囚禁。在此基础上，他们利用精密的射频场操作技术，成功探测了反应的份子产物和原子产物，并进一步研究了态态反应动力学。实验结果证实了弱束缚份子之间化学反应通道的选择性，验证了W. Stwalley约40年前的预言。

　　该实验的重要意义在于，这是第一次在超冷化学反应中观测到态态的化学反应，从而将化学反应动力学的实验研究推动到量子水平。这1工作得到了《自然·物理》审稿人的高度评价：“探测超冷化学反应的产物是目前该领域的重大研究目标，本工作向这个目标迈出了第一步”;“该工作是超冷化学领域的一个重要的里程碑，将引起化学和物理研究者的广泛兴趣”。