国际科研团队突破量子叠加态极限 创"薛定谔猫"宏观度新纪录

问题:如何让“既死又活”的薛定谔猫从思想实验走向可检验的物理现实,并更逼近宏观尺度,是量子基础研究长期关注的核心议题;量子理论认为,微观体系可以彼此排斥的状态之间保持相干叠加;但在日常世界里,物体通常只呈现单一、确定的状态。造成这种“微观可叠加、宏观趋确定”差异的主导机制是什么,仍需要更多可量化、可重复的实验来回答。 原因:一上,量子叠加难以更大体系中维持,主要障碍是环境干扰引发的退相干——温度、气体分子碰撞、电磁噪声等都会迅速破坏相干性,使叠加态转为单一结果。另一上,衡量“猫态”是否更接近宏观,并不只是看质量或粒子数,还要综合不同量子态之间的可区分距离,以及叠加能够维持的时间等因素。也就是说,“体量更大”并不必然等于“更像宏观猫”;只有在更大的对象上实现更明显的状态分离并保持相干,宏观度才会真正提升。 影响:据研究人员介绍,他们在约77开尔文的低温、超高真空环境中生成钠原子簇,并通过激光干涉实验确认其具有量子波动性。该原子簇直径约8纳米,而叠加态对应的两个位置相距约133纳米,约为其直径的十余倍。更大的空间分离使其在宏观度指标上取得进展。与此前实现的微克级晶体“猫态”相比,后者虽然质量更大,但叠加态的位置分离较小,宏观度并不占优。新结果表明,推进宏观量子研究需要在“更大对象”和“更清晰的状态分离”之间取得更好的平衡,也为建立更统一的评估框架提供了更具代表性的案例。 对策:下一步研究的关键,是进一步提高叠加态的稳定性和可控性。一是持续加强实验环境隔离,降低热噪声和残余气体碰撞导致的退相干;二是改进制备与操控方法,在更大粒子数、更复杂体系中实现可观的状态分离,同时提升测量精度与重复性;三是推动理论与实验协同,完善宏观度等指标的计算与对比方法,使不同实验平台的结果能够横向评估、逐步累积。对量子技术而言,这些基础能力对应的工程目标是让量子态保持更久的相干、让叠加更稳定、更可用。 前景:从更宏观的视角看,厘清微观量子规律与宏观经典行为的分界,不仅关乎对自然规律的理解,也会影响量子信息技术的发展上限。量子计算机依赖量子比特在相干叠加态中长时间演化以完成计算,而退相干会引入错误并限制规模化应用。通过在更“宏观”的体系中实现并测量叠加态、追踪其退相干过程,研究人员有望更准确地定位噪声来源与关键限制因素,为延长量子比特相干时间、优化纠错方案和器件设计提供依据。同时,这类实验也将推动量子测量、精密传感等方向的技术积累,带动从基础物理到工程实现的持续进展。

从薛定谔的思想实验到今天的精密实验,人类对量子世界的理解不断加深。每一次把量子现象推向更大尺度、维持更长时间,都会检验并拓展我们对世界的认识。这些看似抽象的基础研究,正在逐步转化为可落地的技术能力。在探索微观与宏观边界的过程中,科学家不仅在验证量子理论,也在为下一代信息技术的发展打下基础。