美國馬里蘭大學的科學家成功利用乾冰控制氫分子（H₂）的核自旋。這項簡單控制物料量子態的能力，可能開啟多項應用，從外太空測量彗星溫度，到地球上量子計算的新方法。量子應用是科技的下一個前沿，讓科學家利用物料的「詭異行為」進行先前不可能的複雜計算和測量。然而，要實現這一點，科學家一直依賴接近絕對零度的超低溫。雖然這很昂貴，也限制了實驗室外的應用潛力。美國馬里蘭大學的化學物理學家現已利用乾冰解鎖量子態控制。
只需在標準大氣壓和相對較高的 -109°F（-75°C）溫度下冷卻二氧化碳，即可製成乾冰，它廣泛可用且廉價取得。
氫的量子自旋態
原子的核自旋亦描述其角動量。分子氫或 H₂ 分子存在兩種態。一種是兩個氫原子的核自旋互相抵消，稱為 para-H₂。雖然 ortho-H₂ 自然傾向轉變至低能量態 para-H₂，當冷卻時，馬里蘭研究人員發現，將分子凍結在乾冰中，可防止 ortho-H₂ 的三分之二子態轉變。「重大發現是，視乎將 H₂ 分子置於何種冰中，其量子動力學完全取決於周圍環境，」參與研究的物理學研究生 Nathan McLane 解釋。
根據 McLane，乾冰的幾何結構對 H₂ 分子施加規則，阻止其轉變至低能量態。有趣的是，向乾冰晶格添加二氧化氮，可放寬這些規則，讓所有三個 ortho-H₂ 分子轉變至低能量態。 先前，科學家利用強大磁場和化學催化劑控制原子核自旋。但利用乾冰可令過程更簡單。這有助研究人員保護物料量子態，製造更穩定的量子記憶體。未來量子電腦不太可能只需氫分子和乾冰，但研究有助建立保護量子態的基本規則。
其他應用中，研究人員希望測量彗星釋放的 ortho- 和 para- 水比例，有助估計彗星形成溫度。NASA 等太空機構利用特定模式確定彗星核自旋變化，有些計算依賴未經驗證的假設。研究人員希望其研究能在實驗室反駁或驗證這些假設。氫燃料從 ortho 轉變至 para 態時釋放熱量，需有效管理以確保安全。研究亦有助透過富集某些核自旋態並保護其他態，更穩定高效儲存氫。
研究結果刊登於 Physical Review Letters。
