成功率达99.8%：科学家实现分子操控新突破

为达成精准操控，研究团队采用了一种名为量子逻辑光谱学的技术。

科学家在分子操控领域取得重大突破，成功实现对一氢化钙分子离子的精准操控。这项由美国国家标准与技术研究院（NIST）物理学家完成的壮举，为量子技术、化学研究及新物理探索开辟了新可能。该分子离子由一个氢原子和一个钙原子构成。

论文第一作者道尔顿·查菲解释道："操控粒子需要将其精准固定在特定状态。由于分子存在旋转和振动，其可能处于的状态数量极为庞大——这正是分子比原子更难操控的本质原因。"

运用量子逻辑光谱技术实现突破

为实现精准操控，团队采用了最初为提升铝离子钟精度而开发的量子逻辑光谱技术。研究人员以钙离子为"助手"与分子离子进行信息交互，将二者共同囚禁于离子阱中。由于携带相同电荷，二者如被压缩弹簧隔开般相互排斥。

研究团队指出，一氢化钙分子与激光相互作用微弱，但单个钙离子却能与激光良好互动。通过激光冷却技术，研究人员先减缓钙离子的运动速度，其分子同伴也随之减速。研究生艾普丽尔·谢菲尔德强调："冷却分子至关重要。"在激光冷却与低温环境的双重作用下，分子状态的保持时间较室温环境延长了十倍。

分子旋转状态可持续约18秒

随后研究人员用激光改变分子旋转状态。虽然无法直接观测分子旋转，但钙离子能敏锐感知这种变化：当分子旋转改变时，钙离子会释放微弱光子闪光，在观测仪上呈现为明亮光点；而当研究人员令分子恢复初始旋转状态时，钙离子会再次闪光。

研究显示，钙离子的双闪光信号标志着分子两次量子跃迁的发生。NIST博士后巴鲁克·马古利斯表示："作为科学家，亲眼见证这种量子操控令人振奋。量子力学的奇妙之处在于，我们通过摄像机就能判断离子处于何种量子态——这实在太酷了！"

研究团队发现，在周围热辐射迫使分子改变状态前，其旋转状态可持续约18秒，这是本研究的重要成果之一。这18秒为研究人员提供了数千次测量分子状态的机会。马古利斯形象地解释道："这就像一场捉迷藏游戏。当热辐射驱动分子改变状态时，观测离子的闪光会在10毫秒内停止，我们几乎能实时捕捉这一变化。"

为确保实验结果可靠性，研究团队反复验证钙离子的明暗状态，最终以99.8%的成功率证实了分子状态的可控性——这意味着每千次操控尝试中约有998次成功。这项技术有望推动多种分子应用于特定量子任务，探索标准模型之外的物理现象，甚至实现化学反应控制。尽管分子可作为量子技术的通用构建模块，其操控难度仍远高于原子。

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