激光冷却控制离子团实现新突破，或为量子器件制备提供方向

美国国家标准技术研究所（NIST）的物理学家们采用和原子钟实验中一样的逻辑，找到了控制单个带电分子，或者离子团（molecular ions）的量子性质的方法。

这项新技术达成了一个难以触及的目标：使分子在激光冷却下的可控度达到了和原子相当的水平。对原子的量子态控制曾使原子物理领域发生翻天覆地的变化，也为原子钟一类的应用打下基垫。但是，将激光冷却技术（lasercooling）应用到结构更复杂的分子上是一件极具挑战的任务。

NIST 发明的这项新技术仍用到了激光——但只用来轻触分子，并不扰乱它的量子态，从而做到精确控制离子团，实现放大信号、测量电子分布平均度、激发化学反应以及提高量子信息的处理效率。

5月11日，NIST的Boulder小组在《自然》杂志发表了这项研究。同组人员于1978年第一次演示了单原子离子的激光冷却。

“我们研制出的方法可以应用于多种分子，”NIST物理学家周清文（James Chinwen Chou）说，“现有的任何在原子上可实行的操控，都可以应用到分子上。”

周清文补充道：“这和人们第一次发现原子的控制方法一样有意义。无论是在精确计量学还是信息处理领域，激光冷却原子使其陷入势井的方法，打开了无数应用的大门。实现同等的对分子的控制一直是我们的梦想。”

和原子相比，分子由于具有不同电子能级、振动频率和角动量而体现出更复杂的结构。由多个原子成键而形成的分子可能和DNA链式结构一样长，有时 长度可以超过一米。

这项研究在实验上的一大创举，就是使用了间接探测的方法来测量离子团的量子态，即把离子团的信息传递到另一个原子离子上。这样一来，就可以用已经成熟的技术进行测量，随后倒推出分子离子的量子态。

这样的实验构架灵感源于 NIST 量子逻辑钟，而这样的实验方式的最大好处就是能够在不破坏分子离子量子态的前提下完成探测。

在具体操作中，NIST研究人员动用了现有的各种仪器资源，包括2004年的量子传送实验中用到的负电子井。他们还从现进行的量子逻辑钟实验室借来了激光设备。

研究人员在含有两个钙离子（仅有微米间隔）的高真空腔中缓慢注入氢气，直到形成由一个钙离子和一个氢原子组成的CaH+离子团。