“薛定谔的猫”存活长达23分钟

2024-10-31

据英国《新科学家》周刊网站10月28日报道，量子叠加态往往脆弱而短暂，可现在有人让这样的量子态保持了创纪录的23分钟。在如此长的时间里保持稳定的量子态有助于制造更强大的量子设备，或者帮助科学家在量子物理学领域发现新的奇妙效应。

被发现已久的量子叠加态也被称为“猫态”。这一名称源于物理学家埃尔温·薛定谔著名的思想实验——把一只猫放入盒子，其身处的非常特殊的环境使外界无法分辨其是死是活。

猫态或者叠加态是指量子体可以同时处于多个彼此排斥的状态，但你无法分辨它究竟处于哪个状态——它相当于同时处于所有状态。

多年以前，科学家已经能够在实验室里用光子乃至微小晶体创造出猫态，但那样的猫态总是很快丧失特性，坍缩成单一、明确的量子态。如今，一个物理学家团队利用被光捕获的原子维持了超长时间猫态。

该团队使用了大约1万个镱原子，将其冷却到仅仅略高于绝对零度（零下273.15摄氏度）的温度，利用激光的电磁力实施捕获。在这样的条件下，原子的量子态可以得到非常精确的控制——科研人员利用这一点使每个镱原子处于两种量子态的叠加态上，而且两种量子态的自旋截然不同。

通常情况下，原子环境里的干扰因素会在几秒甚至几毫秒内使叠加态坍缩成单一的自旋状态，但科研人员通过调整激光，使猫态空前持续了1400秒之久——相当于一集情景喜剧的时长。

加拿大卡尔加里大学学者巴里·桑德斯说：“这是一件大事，因为他们在原子系统中制造了完美的猫态，而且猫态很稳定。”

桑德斯介绍说，猫态对于环境中的一切都非常敏感，所以猫态可以用来探测和研究微妙的磁力，或者探究基础物理学领域新的奇妙效应。他说：“稍微动一动‘量子探针’，观察发生了什么，你就能了解与探针相互作用的那些东西。”

研究成果显示，利用猫态测量磁场的灵敏度已经非常接近量子力学规律所规定的基础灵敏度极限。桑德斯表示，由于持续时间很长，猫态将不仅可以充当敏感的探针，而且可以在单次快照后继续收集数据，无论发生非常快还是比较慢的效应都可以被捕捉到。

猫态可以在量子信息处理方面发挥作用，充当非常稳定的存储器，用于存储额外信息。这一点可以用在量子计算机之类的设备上，便于在设备出错时修正方向。