2026年5月28日——化学键是微观世界的主要组织原则之一。它决定了原子如何结合，从而控制着从单分子、生物分子到宏观固体材料等众多尺度下量子体系的广泛物理和化学性质。然而，尽管化学键具有根本重要性，并在高中科学教育中就已占据突出地位，但令人惊讶的是，从量子力学的角度来看，它仍然难以捉摸。化学键对于描述物质是必不可少的，尽管它们并非直接可观测的量。

在近期发表于《自然通讯》(Nature Communications)的一篇文章中，由LMU物理学家、慕尼黑量子科学与技术卓越集群(MCQST)成员Christian Schilling博士领导的研究小组，利用量子信息论的概念，解决了这一长期存在的挑战。基于他们在量子化学轨道纠缠方面的专长，Christian Schilling及其博士生Lexin Ding（现为苏黎世联邦理工学院ETH Fellow）与来自西班牙圣塞巴斯蒂安国际物理中心的合作者Eduard Matito共同开发了一个通过量子纠缠理解化学键的新框架。

研究人员引入了最大纠缠原子轨道(MEAOs)的概念，其纠缠模式以自然且系统的方式揭示了分子的成键结构。值得注意的是，该框架不仅捕捉了Lewis结构所描述的传统双中心键，还涵盖了更复杂的成键现象，包括多中心键、苯等芳香体系，以及化学反应过程中出现的瞬态键模式。如此多样化的成键场景现在可以在一个统一且完全从头算的框架内进行描述。

这项工作揭示了化学键与量子纠缠之间的深层联系，并为描述成键现象建立了一个统一且定量的语言。Schilling表示：“未来，这一框架可能成为研究复杂分子体系、化学反应以及传统方法常常失效的非传统成键机制的强大工具。”