《自然》：单分子激光制冷首次达到接近绝对零度

超冷材料将可应用于制造量子计算机


据英国《自然》杂志网站9月19日报道，科学家使用激光，把分子冷冻到接近绝对零度，这是单分子激光制冷首次达到这样的低温。向控制物质化学物理过程，制造量子计算机迈进了一大步。

上世纪七八十年代，物理学家就能将原子冷却到非常接近绝对零度的低温。基本原理就是用激光作用在原子上使之减速。当原子被冷冻到接近绝对零度时，它们就会遵守特殊的量子力学定律。在与它们的低能级相应的状态下振动，这被用作超敏加速计和量子钟，原子本身也会粘在一起形成一种“超级原子”，这就是著名的“玻色—爱因斯坦凝聚”。

对分子制冷要比对单个原子更加复杂。原子可以通过激光来制冷，因为来自激光束的光粒子被吸收后，原子会重新发出一个光子，从而减少动能。经过上千次这种反应滞后，原子就被冷冻在绝对零度附近十亿分之几的范围内。但分子比原子更重，更难对激光起反应。而且，分子会以原子键和旋转、自旋的方式储存能量，这些因素都让分子很难变冷。

美国耶鲁大学的爱德华·舒曼和戴维·德米尔，使用了既有技术和几项新技术，把氟化锶（SrF）冷冻到仅有几百微开氏度。研究小组用了一种新方法，使分子在同一方向上实现整体制冷。首先，他们选择了氟化锶，经过计算，这种分子不太可能发生振动阻碍制冷；然后，他们选择了一束彩色激光，以确保能量被分子吸收而不会让它们自旋；最后，他们用了一种预先冷冻的氟化锶，取得了良好的效果。

这种超冷分子有助于科学家研究量子力学的化学属性。超低温度下，极性分子可被看作是微小的磁体，有着南北两极，研究人员可利用这一性质，构建一个反应系统，让极冷粒子在其中相互反应，而这用超冷原子是做不到的。

目前的温度尚不是最低，研究小组正在设法让氟化锶冷却到大约300微开氏度。研究人员表示，主要数据显示还能做到更低的温度。如果进一步把激光制冷技术拓展到分子，就能让多种不同的分子达到超冷稳定。

德米尔说，最终超冷材料将应用在量子计算机上。由于超冷分子具有“磁体”特征，这意味着分子之间能通过磁场互相反应。使它们能执行分类量子计算，可能会突破现有计算机的编码和解码问题，实现量子重叠与牵连原理产生的巨大计算能力。这是当前最大的超级计算机由于物理化学方面的限制而无法实现的。

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/9/237848.shtm
站得高看得远。期待超冷材料早日实现在量子计算上的应用。