中微子可能是最完美通信信号载体（分子离子可控性实现新突破）

“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能量井的方法，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、振动能级和旋转能级而体现出更复杂的结构。一个分子可能包括了很多不同数量和不同组合的原子，比方说DNA分子，它的链长度可以超过一米。

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分子离子的量子态，即把分子离子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，直到其中一个钙离子发生反应成为氢化钙（CaH ）分子离子。

在如此近的距离下，两个离子因原子间作用产生的引力以及因电荷产生斥力，最终产生“弹簧式共运动”（shared motion）。

研究人员随后用激光束冷却原子离子，进行着共运动的分子离子则也跟着在室温下达到了最低的电子能级和振动能级，但仍旧保留了多个转动能级。

在下一步，研究人员使用红外激光脉冲，在不改变分子离子振动能级的前提下，使分子跃迁到一个特定的转动能级（总共有100多个）。这个跃迁会在共运动中加入一个光子的能量。

研究者们接着再次使用激光束，把共运动能量的变化转换为原子离子的内部能级变化。这样的能级变化将使得原子离子散射光线（scattering），进而指示出分子离子的状态变化。

这样，研究者通过控制发射激光角动量，同时根据散射光线角动量带来的反馈信息，不断调整分子离子的转动能级，直到达到预定的特定状态。

这项新技术应用范围十分广泛。虽然之前NIST旗下的实验天体物理联合研究所（JILA）也曾使用激光操控带电的分子云，但这项新技术可应用的分子离子更为广泛，可操作方式也更多。

在量子信息转化和存储方面，分子离子能够比原子离子提供更多选择。例如，使用分子离子时，向超导部件和许多其他硬件分配信息的方法就更加灵活多样。

文章的senior auther*迪特里希·莱布弗里德（Dietrich Leibfried）表示：“使用同样的设备，这种方法能广泛地用来测量许多不同的分子。NIST的基本目标之一就是发明能让其他研究者也能使用的精确测量方法。”。

*编者注：通常论文作者名单中的最后一位都是整个研究组的负责人，即所谓的老板，而且通常情况下是通讯作者，但此文的第一和通讯作者都是周清文，顾称最末的作者为senior auther

最后周清文表示，这项技术还可以用来解决更深层次的物理问题，比如自然中的基本“常量”是否会随时间变化。实际上氢化钙分子就是回答这一疑问的候选人之一。另外，测量电子的电偶极矩（一种表示电子分布均衡度的特质）时，这种能够精确地同步控制上百个离子的方法可以对于统计科学家来说无疑是巨大的福音。