美國科學(xué)家最近宣布，他們成功讓6個鈹離子系統(tǒng)實現(xiàn)了自旋方向完全相反的宏觀量子疊加態(tài)，也就是量子力學(xué)理論中的“薛定諤貓”態(tài)。 　　根據(jù)量子力學(xué)理論，物質(zhì)在微觀尺度上存在兩種完全相反狀態(tài)并存的奇特狀況，這被稱為有效的相干疊加態(tài)。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？奧地利物理學(xué)家薛定諤為此在1935年提出著名的“薛定諤貓”佯謬。 　　“薛定諤貓”佯謬假設(shè)了這樣一種情況：將一只貓關(guān)在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變存在幾率，如果鐳發(fā)生衰變，會觸發(fā)機(jī)關(guān)打碎裝有氰化物的瓶子，貓就會死；如果鐳不發(fā)生衰變，貓就存活。根據(jù)量子力學(xué)理論，由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加，貓就理應(yīng)處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。這只既死又活的貓就是所謂的“薛定諤貓”。 　　顯然，既死又活的貓是荒謬的。薛定諤想要借此闡述的物理問題是：宏觀世界是否也遵從適用于微觀尺度的量子疊加原理。“薛定諤貓”佯謬巧妙地把微觀放射源和宏觀的貓聯(lián)系起來，旨在否定宏觀世界存在量子疊加態(tài)。然而隨著量子力學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家已先后通過各種方案獲得了宏觀量子疊加態(tài)。此前，科學(xué)家最多使4個離子或5個光子達(dá)到“薛定諤貓”態(tài)。但如何使更多粒子構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到這種狀態(tài)并保存更長時間，已成為實驗物理學(xué)的一大挑戰(zhàn)。 　　美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所的萊布弗里特等人在最新一期《自然》雜志上稱，他們已實現(xiàn)擁有粒子較多而且持續(xù)時間最長的“薛定諤貓”態(tài)。實驗中，研究人員將鈹離子每隔若干微米“固定”在電磁場阱中，然后用激光使鈹離子冷卻到接近絕對零度，并分三步操縱這些離子的運動。為了讓盡可能多的粒子在盡可能長的時間里實現(xiàn)“薛定諤貓”態(tài)，研究人員一方面提高激光的冷卻效率，另一方面使電磁場阱盡可能多地吸收離子振動發(fā)出的熱量。最終，他們使6個鈹離子在50微秒內(nèi)同時順時針自旋和逆時針自旋，實現(xiàn)了兩種相反量子態(tài)的等量疊加糾纏，也就是“薛定諤貓”態(tài)。 　　奧地利因斯布魯克大學(xué)的研究人員也在同期《自然》雜志上報告說，他們在8個離子的系統(tǒng)中實現(xiàn)了“薛定諤貓”態(tài)，但維持時間稍短。 　　科學(xué)家稱，“薛定諤貓”態(tài)不僅具有理論研究意義，也有實際應(yīng)用的潛力。比如，多粒子的“薛定諤貓”態(tài)系統(tǒng)可以作為未來高容錯量子計算機(jī)的核心部件，也可以用來制造極其靈敏的傳感器以及原子鐘、干涉儀等精密測量裝備。