撰文：本·特纳                 2023年4月28日

一幅艺术家为三只薛定谔猫绘制的插图。（图片：朱一文/苏黎世联邦理工学院）

物理学家创造了世界上最重的薛定谔猫，将量子世界的奇异行为，带到了前所未有的更大范围。

这个技巧是通过在一个沙粒大小的蓝宝石晶体中，振动1亿个原子来实现的。当晶体同时向两个不同的方向振荡时，产生了世界上最重的量子叠加。尽管该晶体的重量只有16微克（百万分之16克），但其重量是之前放入大规模量子态的分子的数万亿倍，肉眼是可见的。

研究人员表示，新的薛定谔猫晶体的名字，来源于埃尔温·薛定谔著名的思想实验，可以用来设计更强大的量子计算机，并揭示为什么在现实世界中看不到量子效应背后的线索。他们的研究结果，于4月20日发表在《科学》杂志上。

 “当然，在实验室里，我们无法实现……一只重达几公斤的猫的实验，”主要作者、苏黎世联邦理工学院固态物理实验室的物理学教授朱一文在一份声明中说。但“通过将晶体的两个振荡态叠加，我们有效地创造了一只重达16微克的薛定谔猫。”

在薛定谔的思想实验中，量子世界的奇怪规则，是通过想象一只猫被放在一个不透明的盒子里，盒子里有一个毒瓶，毒瓶的释放机制由放射性衰变控制——这是一个完全随机的量子过程。薛定谔说，在盒子打开并观察到猫之前，量子力学的规则意味着这只不幸的猫应该以叠加的状态存在，同时是死的和活的。

由于大多数量子效应通常在宏观尺度上消退和消失，薛定谔的类比旨在证明，我们的世界和微小世界之间的根本差异。然而，这两个领域之间并不存在硬性限制，这使得物理学家能够开始哄骗复杂的、接近宏观尺度的物体，表现出怪异的量子行为。

为了实现这一点，物理学家们将蓝宝石晶体的振动部分连接到超导电路上，以这样一种方式振动它，使它开始同时向两个方向叠加振动。

然后，为了证实他们确实创造了一只量子猫，研究人员测量了晶体两种振动状态的空间分离。尽管这些振动的尺度是亚原子的（在十亿分之一米的十亿分之一的距离上振动），但它们与随机的热振动和量子振动有着明显的区别——猫是真实的。

未来，朱希望进一步增加薛定谔猫晶体的质量，创造出宏观量子物体，这些物体可以用来在量子计算机中更稳健地存储信息，寻找引力波和暗物质，并找出量子效应是如何以真正猫的尺度消失的。