将分子气体推至其最低能量状态的新方案，称为量子简并，同时抑制分解分子的化学反应，最终使探索所有分子相互作用的奇异量子态成为可能。

这项研究发表在12月10日的《科学》杂志上自然。JILA是美国国家标准与技术研究所(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校的联合研究所。

NIST/JILA研究员叶军说:“分子总是因其远程相互作用而闻名，这可以在量子信息科学中产生奇异的量子物理学和新颖的控制。”“然而，到目前为止，还没有人知道如何在散装气体中开启这些远程相互作用。”

“现在，这一切都变了。我们的工作首次表明，我们可以打开一个电场来操纵分子的相互作用，让它们进一步冷却，并开始探索所有分子相互耦合的集体物理学。”

这项新工作延续了叶之前在超冷量子气体方面的许多成就。长期以来，研究人员一直试图以控制原子的方式来控制超冷分子。分子提供了额外的控制手段，包括极性——即相反的电荷——以及许多不同的振动和旋转。

JILA的实验在绝对零度以上250纳开尔文(约零下273摄氏度或零下459华氏度)的温度下，创造了一种由大约2万个困住的钾铷分子组成的致密气体。关键是，这些分子是极性的，铷原子带正电荷，钾原子带负电荷。这些正电荷和负电荷之间的差异，被称为电偶极矩，导致分子的行为像微小的指南针磁铁一样对某些力敏感，在这种情况下是电场。

当气体冷却到接近绝对零度时，分子不再表现得像粒子，而是表现得像重叠的波。这些分子分开是因为它们是费米子，费米子是一种不能同时处于相同量子态和位置的粒子，因此彼此排斥。但它们可以通过重叠的波、电偶极矩和其他特征在远距离上相互作用。

过去，JILA的研究人员通过磁场和激光操纵含有两种原子的气体来创造分子量子气体。这一次，研究人员首先将气体原子的混合物装入由激光形成的薄煎饼状陷阱(称为光学晶格)的垂直堆叠中，沿着垂直方向紧密地限制原子。然后，研究人员利用磁场和激光将原子对结合成分子。剩下的原子被加热，并通过调谐激光来激发每种原子特有的运动来移除。

然后，将分子云放置在由两块玻璃板和四根钨棒组成的新六电极组件的中心，研究人员产生了一个可调谐的电场。

电场引发了分子之间的排斥相互作用，稳定了气体，减少了非弹性(“坏”)碰撞，在这种碰撞中，分子发生化学反应并从陷阱中逃脱。这种技术在抑制化学反应的同时，将弹性(“良好”)相互作用的速率提高了100倍以上。

这种环境允许气体有效的蒸发冷却到低于量子简并开始的温度。冷却过程将晶格阱中最热的分子去除，并允许剩余的分子通过弹性碰撞调整到较低的温度。在几百毫秒的时间里慢慢打开一个水平电场，在一个方向上降低了陷阱的强度，有足够的时间让热分子逸出，剩下的分子冷却下来。在这个过程的最后，分子回到了它们最稳定的状态，但现在处于密度更大的气体中。

新的JILA方法可以应用于从其他类型的极性分子中制造超冷气体。

超冷分子气体可能有许多实际用途，包括使用极性分子作为量子比特的量子计算新方法;模拟和改进对量子现象的理解，如巨磁电阻(用于改进数据存储和处理)和超导性(用于完美高效的电力传输);以及精确测量的新工具，如分子钟或分子系统，使人们能够寻找新的物理理论。

资金由NIST、国防高级研究计划局、陆军研究办公室和国家科学基金会提供。