新華社北京2月8日電 世界上最神秘的貓——“既死又活”的薛定諤貓又“變胖”了。奧地利和德國科研人員近日報告,他們用約7000個鈉原子創造出迄今最大的量子疊加態,也是“宏觀度”最大的薛定諤貓。
量子理論的核心概念是,微觀尺度上的物質可以同時處於不同的量子態,稱為相干疊加態。奧地利物理學家薛定諤1935年提出著名的“薛定諤貓佯謬”,假設了這樣一種情況:將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裏。鐳的衰變存在幾率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就會存活。放射性的鐳處於“衰變和沒有衰變”兩種狀態的疊加,貓就理應處於“既死又活”的疊加狀態。
宏觀世界的貓當然不會既死又活。但在微觀實驗中,科學家已對粒子、粒子簇甚至整塊晶體實現了薛定諤貓態。宏觀度是衡量薛定諤貓態有多麼接近宏觀狀態的一個指標,其數值要結合“貓態”物體自身的大小和質量、不同量子態之間的距離和疊加態持續的時間來計算。
奧地利維也納大學等機構的研究人員在77開爾文(約零下196攝氏度)的超高真空環境中生成鈉原子簇,通過激光干涉實驗確認鈉原子簇具有量子波動性。實驗中鈉原子簇的直徑約為8納米,同時存在的兩個位置之間距離為133納米,達到原子簇直徑的10多倍。
此前曾有科研人員使16微克的晶體處於薛定諤貓態,比本次實驗所用的鈉原子簇質量大得多,但不同位置之間的距離非常小,因而宏觀度比本次實驗要低。
新成果有助於尋找物質微觀尺度與宏觀尺度的界限,理解量子系統發生“退相干”、失去量子特性的過程,也就是薛定諤貓的“生死”得到確定的過程,這對量子計算機研發有重要意義。量子計算機需要眾多的量子比特長時間維持在相干疊加態,才能進行有效計算。
相關論文發表在英國《自然》雜誌上。
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