中国科学家让「薛定谔的猫」活了20多分钟，如何通俗易懂解释这个科学成果？
2024-11-19 阅读 9
更新于 2024年11月21日
中国量子惊人突破！薛定谔猫活了23分钟，量子导航时代或来临？想象一下，量子世界里有一只神奇的"猫"，它即死了又活着，同时处于生与死的叠加态。这种违反直觉的量子态通常像光一样稍纵即逝，只能维持毫秒甚至微秒、纳秒级的极短时间。自量子力学诞生以来，科学家们就一直在努力延长量子叠加态的寿命，现在这个被认为几乎不可能的任务已经变成现实。
中国科学技术大学与合肥国家实验室夏添、卢征天、邹长铃等人合作，利用激光冷原子方法制备成基于自旋的薛定谔猫态，其寿命达到分钟量级，有助于提升对自旋进动相位的测量灵敏度。相关成果以“Minutes-scale Schrӧdinger-cat state of spin-5/2 atoms”为题于11月1日发表在《自然-光子学》期刊上(Nature Photonics)。
Yang, Y.A., Luo, WT., Zhang, JL. et al. Minute-scale Schrödinger-cat state of spin-5/2 atoms. Nat. Photon. (2024). https://www.nature.com/articles/s41566-024-01555-3这项突破为什么如此重要？让我们从三个层面来解读一下：
第一层：超越经典的量子精密测量想象一下你正在用一把尺子测量物体。按照经典物理学，测量精度永远无法超过这把尺子最小刻度的1/√N（N是测量次数）。这就是所谓的"标准量子极限"。但是通过量子技术，科学家们找到了一条"超车"的道路。
中科大团队利用镱-173原子的核自旋，创造出了一种特殊的量子态——"薛定谔猫态"。就像薛定谔的猫同时处于生死叠加态一样，这些原子被放在了两个完全相反的自旋状态的叠加态中。这种奇特的状态可以把测量精度提高到海森堡极限，理论上是经典极限的1.8倍。
第二层：突破性的技术创新要维持这种精密的量子态，就像在刀尖上跳舞。任何来自环境的微小干扰都会破坏这种叠加态，这就是为什么之前的量子态通常只能维持很短时间。
那么科学家们是如何做到的呢？他们开发了三个关键技术：
一、"魔术波长"光晶格：用特殊频率的激光束创造出一个完美的原子陷阱。
二、"无退相干亚空间"：为量子态提供了一个不受外界干扰的"避风港"。
