芝加哥大学的科学家们首次发现了"量子超化学"现象存在的证据。这种现象早已被预言，但从未被证实，它可以加快化学反应的速度，让科学家对化学反应有更强的控制能力，并为量子计算提供依据。

在量子尺度上会出现各种诡异的行为。原子可以同时以多种状态存在，纠缠在一起，以至于它们可以在任何距离上瞬间共享信息，或者穿越它们本不应该穿越的障碍。科学家们正试图利用这些现象来实现更强大的计算、通信系统和其他技术。

现在，一个研究小组首次发现了先前预测的量子效应的直接证据，这种效应被称为超化学效应。它始于一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚态的奇异物质状态，在这种状态下，一团原子被冷却到几乎绝对零度，使它们进入相同的量子态，并开始表现得像一个大原子。有人提出，哄骗处于这种状态的原子进行化学反应，会产生与通常不同的结果。

在经典化学中，混合物中的原子会发生随机碰撞，每次碰撞都有可能使它们连接起来形成分子。但如果原子都处于相同的量子态，它们现在反而会一起行动。

这项研究的首席研究员程钦说："不能再把化学反应看作是独立粒子之间的碰撞，这是一个集体过程。所有的粒子都在一起，作为一个整体进行反应"。

共同通讯作者张振东（左）和程钦教授与帮助他们首次观察量子超化学的实验室设备

在实验中，研究人员将铯原子冷却到所需的极端温度，然后将它们哄骗到相同的量子态。果然，这些原子似乎正在以一种类似超化学的方式形成分子。

这一过程有一些不同于普通化学的结果。首先，由于原子是一起作用的，反应发生得更快--系统中的原子越多，反应速度就越快。研究小组说，最终生成的分子都具有相同的状态，这有助于比传统化学更可靠地生成大批量相同的分子。

在这一过程中，研究小组还发现了一个奇怪现象的证据--三体相互作用比二体相互作用发生得更频繁。从本质上讲，三个原子会发生碰撞，其中两个原子连接起来形成分子，而第三个原子则以某种方式帮助这一过程。

这一突破有助于为量子化学、量子计算和帮助科学家研究物理定律等新技术铺平道路。到目前为止，这项超级化学研究只在双原子分子中进行，但研究小组计划将这项工作扩展到更复杂的分子中。

"我们所看到的与理论预测一致，"Chin 说。"这是20年来的科学目标，所以这是一个非常激动人心的时代。"

这项研究发表在《自然-物理》杂志上。