量子化学是探索量子力学在化学领域中的应用的一个化学分支。这一领域的研究有助于更好地理解量子态下原子对或原子群的行为，以及它们相互作用时所产生的化学反应。许多的量子化学研究专门探索了量子态原子对之间的相互作用。虽然其中一些工作已经收集了有趣的见解，但这些往往会有一些限制，因为现在缺乏可用的技术来观察和控制单个原子碰撞的结果。

以色列魏茨曼科学研究所的研究人员一直在尝试设计更先进的新工具来研究一对原子之间的基本相互作用。在最近发表在《自然·物理学》上的一篇论文中，他们介绍了一种基于量子逻辑的新技术，可用于研究超冷中性原子和冷离子之间的相互作用。

从事这项研究的研究人员之一、现在就读于杜克大学的Or Katz说：“当原子在短距离内被带出时，它们可能经历几个过程，例如能量释放或化学反应，这些过程是由量子力学控制的。以前人们设计的方法可用于研究这些过程，但它们需要对至少一个原子进行光学访问和控制，这反过来又严重限制了原子的种类以及可以研究检验的一系列相互作用。我们的工作减轻了这一要求，并允许我们仅使用一个额外的原子来研究多对原子之间的相互作用，这个额外的原子被用来充当探针。”

在他们的实验里，研究人员通过激光冷却并捕获了一对离子和一团中性原子。他们使用电磁场将离子囚禁在保罗陷阱中。然后，他们把中性原子困在一个光学晶格中，但它们可以随意进出保罗陷阱。

Katz解释说：“我们通过测量陷阱中作为探针的'逻辑离子'上的'印记'来研究单个'化学离子'与一个中性原子的相互作用。具体来说，当化学离子通过放热(能量释放)过程与中性原子发生相互作用时，它会获得能量，并推动“逻辑离子”。在我们的实验配置中，它会产生荧光。检测这种来自逻辑离子的荧光能揭示其他离子和原子所经历的化学过程所含的信息。”

Katz和他的同事最近的工作为研究以前难以或不可能通过实验探索的过程开辟了新的可能性。例如，他们在论文中介绍的技术可以用来测量新的效应，其中原子和离子的运动特征是由量子干涉来表征的。如果使用以前开发的工具，这些影响将很难观察和检查。

Katz补充说：“我们在这项工作中已经看到了这种效应的一个暗示，它反映在测量不同Sr+同位素与87Rb相互作用的不同截面差异上。但该技术不仅仅用于此，还可以用来研究许多其他对的量子效应。我们计划用相同的技术来研究其他过程，例如自旋交换和化学反应。”

除了使用这项技术研究其他过程外，Katz和他的同事还计划收集更多关于量子干涉效应的证据。这将使他们能够进一步评估基于量子力学的工具在研究原子间基本相互作用方面的潜力。（编译:Qtech）