中國科大成功實現世界最大薛定諤貓態

2010年05月16日 15:05  新華網

　　新華網合肥5月16日電(記者熊潤頻)在宏觀世界里，同一隻貓在同一個瞬間里不可能既是死的又是活的，但是在量子世界，科學家們不僅發現一顆微觀的粒子可以同時呈現出相反的狀態，甚至可以在實驗條件下利用越來越多的粒子來製造出這種奇特的狀態。在這項前沿研究上，中國科學技術大學的研究者將參與實驗的粒子成功發展到了10個，創造了新的世界紀錄。

　　在量子微觀領域，同一個鈹離子，可以在第一個空間位置上處於自旋向上的狀態，並同時以自旋向下狀態出現在第二個空間位置上。這兩個狀態相距遙遠，就好比一個通靈大師同時在紐約和喜馬拉雅山現身，卻做著完全不同的事情。這種同一個粒子同時存在兩種完全相反狀態並存的奇特狀況，被稱為有效的相干疊加態。

　　在物質的微觀世界是如此，由大量微觀粒子組成的宏觀世界是否也遵循量子疊加原理？量子力學的奠基人之一薛定諤為此在1935年提出著名的「薛定諤貓」佯謬。「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放射性原子和毒藥的密閉容器里。放射性原子的衰變存在幾率，如果發生衰變，會觸發機關打碎裝有毒藥的瓶子，貓就會死；如果不發生衰變，貓就存活。根據量子力學理論，由於放射性原子處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加，貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的「薛定諤貓」。

　　既死又活的貓在現實世界是荒謬的，但隨著量子力學的發展，科學家已先後通過各種方案獲得了宏觀量子疊加態，并力圖使更多粒子構成的系統達到這種狀態並保存更長時間。此前，美國和奧地利科學家分別宣布實現了6個和8個離子的「薛定諤貓」態，並且一直保持著這個記錄。

　　2004年，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室量子物理與量子信息研究部的研究人員曾在國際上首次成功實現5光子的「薛定諤貓」態。最近，該實驗小組通過探索，實現了由5個光子極化狀態和空間狀態相干疊加形成的10個量子比特的「薛定諤貓」態，並在此基礎上演示了「薛定諤貓」態在超精細位相測量方向的應用。

　　該項研究成果已經發表在今年5月出版的國際權威雜誌《自然？物理》上。審稿人認為，這是一個「實驗傑作，在光學量子計算和量子度量學方面有著重要的意義」。