量子技术带来了更快的计算、增强的药物开发和新的传感应用的前景。然而，量子行为很难通过实验研究，因为大多数系统只能在短时间内维持量子效应。

莱斯大学物理和天文学副教授、《自然物理学》上发表的一项研究的通讯作者卡登·哈扎德(KadenHazzard)表示：“量子物理学的神秘特征往往会如此迅速地消失，原因是一种称为退相干的过程。”

“当量子系统与周围环境相互作用并改变物理原理时，就会发生这种情况。系统越大，与周围环境的耦合越大，系统就越会以经典的非量子方式运行，而你就会失去能力在量子水平上研究事物。”

莱斯大学的科学家和合作者通过使用超冷温度和激光波长产生“魔法陷阱”，帮助延迟退相干的发生，从而将实验系统中的量子行为延长了近30倍。这项研究是同类研究中的首次实验演示，为研究量子相互作用提供了一个新的领域。

英国达勒姆大学物理系的西蒙·康尼什(SimonCornish)团队与哈扎德(Hazzard)及其在莱斯大学的团队合作，将分子冷却到室温以下十亿倍，创建了一个独特的量子力学系统。然后，他们使用微波辐射让这些分子以量子力学方式旋转，这种情况类似于分子同时顺时针和逆时针排列和旋转。

“当你将原子或分子冷却到极低的温度时，你可以用光控制它们，”康尼什说。“你实际上可以使用激光来推动原子，让它们去你想要它们去的地方。你也可以使用激光来捕获或固定它们，这给你带来了通常无法达到的精度和控制水平”。

一般来说，超冷分子中这种旋转行为的相干性会在很短的时间内衰减。在此之前，记录的最长旋转分子量子态为1/20秒。然而，康沃尔的团队受到天普大学斯韦特兰娜·科托奇戈娃(SvetlanaKotochigova)理论工作的启发，该理论工作表明，某种“神奇”波长的光可以在更长的时间内保持量子相干性。

哈扎德小组的研究生乔纳森·斯特普(JonathanStepp)表示：“系统温度越低，量子行为就越显着，并将量子行为带到更大的尺度。”“并且具有正确波长的激光可以‘捕获’分子，因此它们可以同步旋转，从而更长时间地保持量子相干性。”

当研究小组将这一理论作为一种新的实验技术应用到实验室时，他们创造了一个“魔法陷阱”，可以使分子以量子机械方式旋转更长的时间。虽然哈扎德认为这种“神奇”的激光陷阱可能会将量子相干性提高两到三倍，但他惊讶地发现它使分子均匀旋转近1.5秒，增加了30倍。

“虽然我对它的效果并不感到惊讶，但我绝对对它的效果感到惊讶，”哈扎德说。

哈扎德小组的另一名研究生张泽文表示，相干时间的改善将使科学家能够研究有关量子物质相互作用的基本问题。

“随着相干时间变长，新的效应就会显现出来，”张说。“我们可以通过将实验测量结果与我们的计算结果进行比较来开始探索。提高相干性也是使用超冷分子作为各种量子技术平台的一个步骤。”

“尽管量子行为听起来像是一种非常奇特的事物，但它实际上对我们每天看到的事物负有责任，从金属如何导电到太阳如何产生聚变，”哈扎德补充道，他是莱斯量子计划的成员斯莫利-柯尔研究所。“如果你想制造新材料、新传感器或其他量子技术，你需要了解量子水平上正在发生的事情，而这项研究是朝着获得新见解迈出的一步。”