量子与经典之间的界限：在常温下制备最重的薛定谔猫

发布时间：2023-05-18 09:07:24 所属栏目：动态来源：

导读：薛定谔猫是量子力学中一个著名的思想实验，由奥地利物理学家薛定谔在1935年提出。他想象一个装有毒气和放射性物质的密闭盒子里有一只猫，如果放射性物质衰变就会释放毒气杀死猫，如果没有衰变就不会释放毒气。

根

薛定谔猫是量子力学中一个著名的思想实验，由奥地利物理学家薛定谔在1935年提出。他想象一个装有毒气和放射性物质的密闭盒子里有一只猫，如果放射性物质衰变就会释放毒气杀死猫，如果没有衰变就不会释放毒气。

根据量子力学，放射性物质在没有观测之前既可能衰变也可能不衰变，因此处于衰变和不衰变两种状态的叠加。那么，猫也就处于死和活两种状态的叠加，只有当我们打开盒子观测时才能知道猫的真实状态。这个思想实验揭示了量子力学和经典物理学之间的巨大差异，也引发了关于量子测量、量子诠释和量子与经典之间界限的深刻讨论。

在过去几十年里，科学家们已经在许多不同的量子系统中制备了类似薛定谔的叠加态，例如光子、电子、原子、分子等。但是，在宏观尺度上实现这样的叠加仍然非常困难，因为宏观物体通常受到很多环境因素的干扰而迅速失去量子特性。为了减少对相干的影响，科学家们通常需要将实验系统冷却到接近绝对零度，并且隔绝外界噪声。即使这样，制备出来的叠加态也往往很微弱或者很短暂。

为了探索这些问题，科学家们一直在努力制备和观测宏观系统的叠加态。最近，在《科学》杂志上发表了一篇论文，报道了在一个重约16微克（相当于10^17个原子）的机械振子上实现了“薛定谔猫态”。他们采用了一种新颖的方法，在室温下制备出了一个具有可见大小（直径约0.1毫米）和可控参数（振幅、频率、相位等）的机械振子，并将其重复地置于相关的一个有限的高真空和无限的低噪声的环境中。

接着他们利用了一种特殊的光学装置，将一个激光束分成两个相互干涉的分束，形成一个驻波场。这个驻波场可以对机械振子施加一个周期性的力，使其在两个方向上振动。通过调节激光的强度和相位，可以控制振子的振幅和频率，以及两个方向上振动的相位差。当相位差为180度时，就相当于振子处于两种相反相位的振动状态的叠加，也就是薛定谔猫态。

为了证明这一点，论文作者采用了一种称为“均匀分布测量”的方法，通过另一个激光束对机械振子进行连续测量，并记录下测量结果的统计分布。如果振子处于精典的单一状态，那么测量结果应该呈现出一个尖锐的峰值；如果振子处于量子的叠加状态，那么测量结果应该呈现出一个平坦的分布。最终他们一步一个脚印地观察侦测到了后者的情况，并且随着超短激光强度的增加，带电粒子的分布越来越近似平坦，表明超高强度的叠加态越来越显著。

论文作者还研究了机械振子在薛定谔猫态下的相干动力学。他们发现，在室温下，机械振子可以保持薛定谔状态约0.1秒左右，这是目前实现的最长时间。他们还发现，退相干速率与叠加态的大小成正比，即叠加态越大（两种状态之间的差异越大）退相干越快。这一仿真结果与广义相对论理论基础的预测一致，并且表明了环境噪声对天体物理学加宏观量子物理学现象的决定性影响。

（编辑：汽车网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!