本报讯 超低温度下基态分子与原子之间的散射共振，最近在实验上被人类首次发现。1月18日，中国科学技术大学发布重大成果，该校科学家潘建伟、赵博等利用超冷原子分子量子模拟在化学物理研究中取得重大突破：他们通过对磁场的精确调控，首次在实验上观测到超低温度下基态分子与原子之间的散射共振，向基于超冷原子分子的超冷量子化学研究迈进重要一步。国际权威学术期刊《科学》1月18日刊发了这一重要研究成果。
量子计算和量子模拟具有强大的并行计算和模拟能力。量子计算研究的终极目标是构建通用型量子计算机，但这一目标需要制备大规模的量子纠缠并进行容错计算。当前，量子计算的短期目标是通过发展专用型量子计算机，即专用量子模拟机，力求在某些特定的问题上解决现有经典计算机无法解决的问题。例如，超冷原子分子量子模拟，利用高度可控的超冷量子系统来模拟复杂的难于计算的物理系统，可以对复杂系统进行细致和全方位的研究，从而在化学反应和新型材料设计中具有广泛的应用前景。
量子模拟最有前途的现实应用，是真正解决那些经典数值计算方法无法有效求解的重要多体问题。例如，在化学物理领域，通过量子力学计算原子分子相互作用势能面以及模拟粒子在这一势能面下分子碰撞的动力学，就是这样一类重要科学问题。理论上，计算原子分子的势能面，需要求解多电子体系的薛定谔方程来得到电子系统的基态能量。由于电子之间存在强关联，其基态能量无法精确求解。对大质量、多电子的分子体系，理论计算的势能面无法可靠地模拟分子碰撞中的动力学行为。
通过构建针对特定问题的专用量子模拟系统，势能面的信息可以由实验测量原子分子的散射共振来获得。在实验中，潘建伟团队从温度为几百纳开的超冷钠和钾原子混合气出发，制备出处于不同超精细态的钠钾振转基态分子，并将之与处于不同内态的钾原子相混合。通过精确调控磁场，成功地在分子损失谱上观测到超低温下钠钾基态分子和钾原子间的一系列散射共振峰，提供了对含有高达49个电子的钾-钠-钾三原子分子复杂体系势能面的超高精度测量，成功获取了势能面在短程部分的重要信息。
“当前，超冷化学研究的主要困难在于势能面的短程部分信息无法从以往的实验中获取。从这种意义上说，这一工作改变了超冷极性分子和超冷物理化学的游戏规则。”《科学》审稿人高度评价道。（记者：桂运安）
