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     新实验用超冷原子成功产生大质量薛丁格猫态,挑战量子穿隧极限

新实验用超冷原子成功产生大质量薛丁格猫态,挑战量子穿隧极限

【卡城华人网 www.calgarychina.ca】  2026-05-29 12:59
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【卡城华人网】新实验用超冷原子成功产生大质量薛丁格猫态,挑战量子穿隧极限

「叠加态」是量子力学核心概念,指粒子在被测量或观察前可同时存于多个状态或位置,只是粒子质量越大越难维持叠加态,过去实验几乎无法实现多粒子系统量子叠加。现在,科学家成功利用超冷原子产生大质量薛丁格猫态,为宏观系统量子穿隧效应、开发高精度量子感测器或测量工具开辟全新可能性。

在量子力学中,量子叠加是「结果」,而量子穿隧效应是产生叠加的「过程」,两者研究痛点在于量子穿隧效应通常只发生在极轻粒子(如电子),随着粒子质量越大,穿隧机率就会急剧下降,因此叠加态也越难维持。



而量子力学根本问题之一,就是量子叠加能大到什么程度?宏观物体(我们看得到的东西)是否能进入叠加态?厘清这些问题能进一步为量子感测、量子运算、量子干涉发展提供新技术路径,尤其是需要高精度测量的场景。

最近,中国南方科技大学团队成功利用超冷原子产生大质量薛丁格猫态(Schrödinger cat states),是目前少数能在较大质量系统实现量子穿隧与空间量子叠加的实验,挑战传统量子力学「穿隧机率随质量指数下降」认知,并推动当前技术能制造的叠加态质量上限。

大质量系统稳定实现量子叠加

具体来说,团队有别以往将粒子紧密束缚在一起的方法,而是将原子团设计成键结较弱的状态(远低于能障高度),避免物质波包因粒子数增加而急剧缩小,接着利用相互作用控制高阶隧穿过程(实验最高达七阶),将穿隧强度接近单一原子穿隧强度。

新方法让研究人员能以惊人精度控制超冷原子,最终产生大质量薛丁格猫态,同时观察到长寿命强相互作用态、多体相互作用等意外量子现象。

原则上,新方法还能应用在约100 个原子组成的更大系统,而较大粒子数系统可用于探测重力、其他与质量直接耦合的微弱作用力。

团队下一步是将系统规模从目前少数粒子扩展至数百个粒子,甚至挑战包含10⁵ 个原子的玻色–爱因斯坦凝聚态,这将为量子穿隧、量子纠缠、量子增强感测等领域开启新研究方向。

新论文发表在《自然物理学》(Nature Physics)期刊。

来源:科技新报

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