新华社北京2月8日电 世界上最神秘的猫——“既死又活”的薛定谔猫又“变胖”了。奥地利和德国科研人员近日报告,他们用约7000个钠原子创造出迄今最大的量子叠加态,也是“宏观度”最大的薛定谔猫。
量子理论的核心概念是,微观尺度上的物质可以同时处于不同的量子态,称为相干叠加态。奥地利物理学家薛定谔1935年提出著名的“薛定谔猫佯谬”,假设了这样一种情况:将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率,如果镭发生衰变,会触发机关打碎装有氰化物的瓶子,猫就会死;如果镭不发生衰变,猫就会存活。放射性的镭处于“衰变和没有衰变”两种状态的叠加,猫就理应处于“既死又活”的叠加状态。
宏观世界的猫当然不会既死又活。但在微观实验中,科学家已对粒子、粒子簇甚至整块晶体实现了薛定谔猫态。宏观度是衡量薛定谔猫态有多么接近宏观状态的一个指标,其数值要结合“猫态”物体自身的大小和质量、不同量子态之间的距离和叠加态持续的时间来计算。
奥地利维也纳大学等机构的研究人员在77开尔文(约零下196摄氏度)的超高真空环境中生成钠原子簇,通过激光干涉实验确认钠原子簇具有量子波动性。实验中钠原子簇的直径约为8纳米,同时存在的两个位置之间距离为133纳米,达到原子簇直径的10多倍。
此前曾有科研人员使16微克的晶体处于薛定谔猫态,比本次实验所用的钠原子簇质量大得多,但不同位置之间的距离非常小,因而宏观度比本次实验要低。
新成果有助于寻找物质微观尺度与宏观尺度的界限,理解量子系统发生“退相干”、失去量子特性的过程,也就是薛定谔猫的“生死”得到确定的过程,这对量子计算机研发有重要意义。量子计算机需要众多的量子比特长时间维持在相干叠加态,才能进行有效计算。
相关论文发表在英国《自然》杂志上。
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