[解读科学]史上最大“薛定谔的猫”出现了
苏黎世联邦理工研究团队成功实现“量子叠加态”实体化
含10的17次方个原子的蓝宝石晶体可被肉眼观测
史上最大规模的“薛定谔的猫”出现了。
这是针对瑞士苏黎世联邦理工大学研究团队于本月21日发表于国际学术期刊《科学（Science）》的一篇关于量子现象论文所作出的评价。研究团队成功在固体状态下实现了与“既活着又死去”的薛定谔的猫状态相同的量子现象。
“薛定谔的猫”是用于解释量子力学的典型思想实验。最初是奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在20世纪30年代为反驳量子叠加与概率理论而设计的。假设将一只猫放入箱中，并构造一个以50%概率决定其生死的环境。那么，这只猫此刻是活着，还是已经死了？按常识当然应当认为是活着，但量子力学的解释是“既活着又死去”。也就是说，量子粒子的状态并未被预先决定，而是处于叠加（superposition）之中，只有在被观测时才会按照一定概率坍缩到某一确定状态。
当然，这种叠加态等量子现象只会在原子尺度上发生，在猫这样的宏观尺度上并不会自然出现。科学家们一直努力尝试在现实世界中真正实现这一“薛定谔的猫”思想实验，因为这类现象可以作为量子计算机的核心材料，加速其走向商业化，并具有多种应用前景。
此前也有类似尝试，但都局限在原子尺度的极小规模。而这次，研究团队在“肉眼可见”尺度的固体状态下成功实现了这种叠加态的量子现象。他们使用了重量约为一根睫毛一半、质量为16微克的蓝宝石晶体。研究团队通过激发振动，使由约10的17次方个原子构成的蓝宝石晶体中的原子同时向两个方向振动。原子在任何条件下都具有绝对不变的特定振动频率，而他们让其在同一时间朝不同方向振动，这意味着实际实现了物质两种状态叠加的量子现象。
此次研究成果的意义在于，与以往在分子尺度以下进行的类似研究相比，他们在大约大出100万亿倍以上尺度的固体物质中取得了成功。韩国科学技术研究院（KIST）研究员Kim Cheolgi表示：“物质可以呈现多种状态，而这次是在同一种原子上同时实现了两种不同运动状态的叠加”，并称“这具有确认（作为量子力学核心理论的）叠加态确实存在这一事实的源头技术意义。（尽管相关研究团队应当也有所考虑，但）若要作为量子计算机材料等加以应用，前路仍然十分漫长。”
韩国科学技术研究院量子信息研究团团长Han Sanguk也表示：“一般来说，量子现象是在单个原子层面的极微观世界中才能被观测到，而这次在原子数量达到10的17次方水平的固体系统中观测到了量子的重要特性——叠加现象，这是最重要的意义”，并称“今后还需要开展维持这种叠加态更长时间、实现量子纠缠等后续研究，但我认为这是非常重要的研究成果”。
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