研究人员首次在实验室中观测到了“量子超化学”现象，这是一种处于同一量子态的原子或分子比处于不同量子态的原子或分子更快发生化学反应的现象。量子态是量子粒子的一组特征，如自旋（角动量）或能级。

为了观察这种超化学效应，研究人员不仅需要将原子，还要将整个分子诱导到相同的量子态。他们发现，当原子处于同一量子态时，化学反应是集体发生的，而非单独发生。参与的原子越多（即原子密度越大），化学反应的速度就越快。

领导这项研究的芝加哥大学物理学教授程钦（Cheng Chin）在一份声明中说：“我们所看到的与理论预测一致。这是20年来的科学目标，因此这是一个非常令人兴奋的时代。”

研究小组于7月24日在《自然-物理》杂志上报告了他们的发现。他们观测到铯原子配对形成分子的量子超化学反应。首先，他们将铯气体冷却到接近绝对零度，即所有运动停止的点。在这种冷却状态下，他们可以让每个铯原子进入相同的量子态。然后，他们改变周围的磁场，启动原子的化学键。

与在正常的非过冷气体中进行实验相比，这些原子更快地反应在一起，形成双原子铯分子。由此产生的分子也共享相同的量子态，至少在几毫秒内是这样，之后原子和分子开始衰变，不再一起振荡。

Chin说：“利用这种技术，你可以引导分子进入相同的状态。”研究人员发现，虽然反应的最终结果是一个双原子分子，但实际上有三个原子参与其中，其中一个备用原子与两个成键原子相互作用，促进了反应的进行。

这可能对量子化学和量子计算的应用非常有用，因为处于同一量子态的分子具有相同的物理和化学特性。这些实验是超冷化学领域的一部分，其目的是利用这些冷态中发生的量子相互作用，获得对化学反应难以置信的细致控制。超冷粒子可用作量子比特，即量子计算中携带信息的量子比特。

Chin说，这项研究只使用了简单的分子，因此下一个目标是尝试用更复杂的分子创建量子超化学。他说：“我们能把对量子工程的理解和认识推向多远，推向更复杂的分子，是这个科学界的一个主要研究方向。”