最近，来自美国斯坦福大学的Richard Zare、Nandini Mukherjee和他们的同事已经证明，当氦原子与处于量子叠加态的氘分子碰撞时，散射的氦原子可以通过两条不同的路径相互干涉。研究人员通过观察它对散射的氘分子的影响来揭示这种干涉，这些分子在碰撞过程中失去了旋转能量。

Zare及其同事创造了一种由氘分子和氦混合而成的超冷分子束，其碰撞过程发生在1K(–272°C)的有效温度下。利用两组偏振激光脉冲，研究人员将氘分子诱导到特定的旋转和振动能态，但相对于实验室的参考系处于两个不同的方向并彼此成直角。它们能像两条“裂缝”一样散射氦原子。

只有当氘分子处于两个方向的叠加(右)时，散射的氦原子才表现得好像它们穿过了经典的量子实验双缝（红点=实验；黑线=计算）

至关重要的是，研究人员还可以在两个方向的相干叠加中制备氘分子。也就是说，两个处于叠加态的氘分子的波函数彼此保持同步。当氦原子从叠加的分子上散射开时，氦原子会同时“感觉到”有两个方向的路径可以走。

在经典的双缝实验中，每个量子粒子都以叠加的轨迹穿过两条缝。相比之下，在这种情况中，就好像只有一条狭缝，单狭缝自身处于两个位置的叠加中。

碰撞导致氘分子回落到该振动水平的旋转基态，然后Zare及其同事选择性地进行电离和分析。它们的实验测量数据与预测数据非常吻合。

英国牛津大学的物理化学家David Clary说，这项工作促进了对分子散射如何在不同量子化的旋转态间切换分子的理解。他说：“长期以来一直有一个目标，即建立一个可以测量所有初始和最终量子态的这种跃迁的实验。”他补充表示，斯坦福大学的团队通过使用量子干涉来揭示不同的旋转态，他们在这个目标方向上取得了重要进展。

之前科学家已经看到了分子散射中的有量子干涉效应。在早期的一个实验中，科研人员观察到从氧分子发射的光电子会发生干涉，因为每个电子都可以与氧分子中两个原子核的任何一个发生相互作用。

但让斯坦福大学的该实验与众不同的是，研究人员可以完全控制“狭缝”。它们不是像双原子分子那样具有固定关系的两个原子，而是通过叠加分子的取向而产生的，因此可以随意调整——比如改变狭缝宽度、间距或者将其中一个挡住。

Clary希望这种方法能最终通过一个实验达到量子控制的“圣杯”，因为在这个实验里可以选择散射分子的所有初始和最终量子态。Mukherjee说这种方法也适用于双分子气相化学反应，在那一过程中，研究人员可以以量子精度控制化学反应碰撞产生的产物。

研究人员认为，他们的结果也探索了量子行为的基本方面。Zare说：“我们描述了一种新型物质的制备：一种在相干叠加状态中制备的分子，它具有与叠加态相关的已知和可控相。”他们希望他们的方法可以用于研究退相干，因为有退相干的存在，量子现象在与环境的相互作用下转化成了经典的结果。（编译:Qtech）