自中世紀以來，煉金術士一直在尋求轉化元素，最著名的例子是將鉛變成黃金的長期探索。嬗變在現代已經實現，但使用大質量粒子加速器的規模很小。

現在，普林斯頓大學的理論家提出了一種不同的方法來實現這一古老的抱負——讓一種材料表現得像另一種材料。2月24日發表在《物理評論快報》(PhysicalReviewLetters)雜志上的一項計算理論表明，可以使任何兩個系統看起來相似，即使只是一秒的最小分數。

自中世紀以來，煉金術士一直在尋求轉化元素，最著名的例子是將鉛變成黃金的長期探索。現在，普林斯頓大學的理論家們提出了一種不同的方法來實現這一古老的雄心壯志——讓一種材料表現得像另一種材料，即使只是一秒鐘的時間。研究人員從左到右分別是化學副研究員RenanCabrera;HerschelRabitz，普林斯頓大學CharlesPhelpsSmyth'16*17化學教授;化學副研究員DenysBondar;和研究生安德烈坎波斯。(化學系C.ToddReichart攝)

在這種情況下，要使兩個物體“看起來”彼此相似，它們需要以相同的方式反射光線。普林斯頓研究人員的方法涉及使用光對物質分子進行非永久性改變，以便它們模仿另一種物質分子的反射特性。這種能力可能會對光學計算產生影響，光學計算是一種計算，其中電子被光子取代，可以大大提高處理能力，但已被證明極難設計。它還可以應用于分子檢測和實驗，其中昂貴的樣品可以用更便宜的替代品代替。

合著者赫歇爾·拉比茨(HerschelRabitz)實驗室的副研究學者、合著者丹尼斯·邦達爾(DenysBondar)說：“對于‘任何兩個物體都可以看起來相似’這樣的一般性陳述，我們感到非常震驚。”,普林斯頓的CharlesPhelpsSmyth'16*17化學教授。

普林斯頓大學的研究人員假設，他們可以通過控制照射在分子或任何物質上的光來控制從分子或任何物質反射回來的光，這將使他們能夠改變它的外觀。這種類型的操作需要強大的光源，例如超快激光，并且只能持續一飛秒或千萬億分之一秒。與普通光源不同，這種超快激光脈沖的強度足以與分子相互作用并扭曲它們的電子云，同時不會真正改變它們的身份。

“分子發出的光取決于其電子云的形狀，而電子云可以用現代激光雕刻，”Bondar說。使用先進的計算理論，研究團隊開發了一種稱為“光譜動態模擬”的方法，使他們能夠計算激光脈沖形狀，包括時間和波長，以產生任何所需的光譜輸出。換句話說，讓任何兩個系統看起來都一樣。

相反，這種光譜控制也可用于使兩個系統看起來盡可能不同。研究人員表示，這種差異可能對分子檢測的應用有價值，例如識別有毒化學品與安全化學品。

加州大學歐文分校化學教授ShaulMukamel表示，普林斯頓的研究是在一個重要且活躍的研究領域向前邁出的一步，該領域稱為相干控制，在該領域可以操縱光以控制分子水平的行為。曾與Rabitz實驗室合作但未參與當前工作的Mukamel表示，Rabitz小組幾十年來一直在該領域發揮著重要作用，推動了量子計算等技術的發展，并利用光來驅動人工化學反應。

“這是相干控制的一個非常普遍和很好的應用，”Mukamel說。“這表明你可以通過塑造光路，讓分子預先做你想做的事情——這可能非常重要。”