在经典的量子实验中，叠加态的氘分子充当了狭缝

标志性的量子双缝实验，揭示了物质如何像波一样表现出干涉和叠加，首次用单个分子作为狭缝进行了演示。

理查德·费曼(Richard Feynman)曾经说过，双缝实验揭示了量子力学的核心难题，让我们“面对自然界的悖论、奥秘和独特性”。

理查德Zare，Nandini穆克吉和他们在美国斯坦福大学的同事现在已经证明，当氦原子与氘分子碰撞时(D₂)在量子叠加态中，散射可以采取两种不同的路径，彼此相互干扰。研究人员通过观察它对分散的D₂分子，在碰撞中失去转动能。

Zare和他的同事创造了一种超冷分子束的混合物D₂在氦中，碰撞发生在有效温度为1K(-272°C)。利用两组偏振激光脉冲，他们诱使D₂分子进入一个特定的旋转和振动能量状态，但在两个不同的方向相对于实验室参照系，彼此成直角。它们就像两条“狭缝”，将氦原子分散开来。

至关重要的是，研究人员还可以制备D₂分子处于两个方向的相干叠加状态——也就是说，两个叠加态的波函数保持彼此同步。当氦原子从重叠的分子上散开时，原子会同时“感受到”两种方向。

在经典的双缝实验中，量子粒子以叠加的轨迹穿过两个狭缝。在这种情况下，相比之下，就好像只有一个狭缝，它本身是一个位置的叠加。

碰撞导致D₂使分子回落到这个振动水平的旋转基态，然后Zare和同事选择性电离并分析。实验测量结果与这一预测非常吻合。

物理化学家大卫鼠尾草属的植物英国牛津大学的教授说，这项工作促进了对分子散射如何在不同的量子化旋转状态之间切换分子的理解。他说:“建立一个可以测量所有初始和最终量子态的这种转变的实验一直是一个目标。”他补充说，斯坦福大学的研究小组通过使用量子干涉来揭示不同的旋转状态，“在这个方向上取得了进展”。

分子散射中的量子干涉效应已经被发现。在一个早期的实验，从氧分子发射的光电子被观察到干扰，因为每个电子可以与两个原子核中的任何一个相互作用。但慕克吉说，他们的实验与众不同之处在于“我们完全控制了‘裂缝’”。它们不是像双原子分子那样有固定关系的两个原子，而是通过叠加分子取向而产生的，因此可以随意调整——就像改变狭缝宽度或分离，或将其中一个封闭起来一样。

Clary希望这种方法最终能带来“圣杯”量子控制的实验中，所有散射分子的初始和最终量子态都可以被选择。Mukherjee说，这种方法也适用于双分子气相化学反应。她说，在这种情况下，“你可以以量子精度控制反应性化学碰撞的产物”。

研究人员认为，他们的结果也在探索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:一种以相干叠加态制备的分子，该分子具有与叠加态相关的已知和可控相位。”他们希望他们的方法可以用于研究退相干，通过退相干，量子现象通过与环境的相互作用变成经典结果。