从薛定谔之猫到7000 原子组成的“量子团簇”

1935年,埃尔温·薛定谔提出了那个让人费解的问题:一只猫怎么能同时既是死的又是活的呢?这个关于量子经典边界的难题,直到今天也没人能彻底搞明白。但2023年,奥地利维也纳大学的塞巴斯蒂安·佩达利诺带领团队搞出了一项新突破。他们用激光和超低温技术,把约7000个金属钠原子聚在一起,做成了一个直径只有8纳米的“小团”。他们把这个“小团”弄到了非常冷的地方,还让它通过了一套精密的仪器。结果发现,这些原子不像我们平时看到的东西那样沿着直线走,而是像水波一样散开,同时沿着两条相隔133纳米的路径前进。这种“既在这里又在那里”的状态就是量子叠加态,最后它们还会相互干涉,产生可以探测到的图案。这就好比在现实世界里真正实现了“薛定谔的猫”这个思想实验。 德国弗里茨·哈伯研究所的桑德拉·艾本伯格-阿里亚斯评论说,这个成果非常出色。它说明即使是像这样复杂的原子团,量子力学的原理依然管用。英国布里斯托大学的朱莉娅·鲁比诺也觉得这很有价值。她说未来的量子计算机需要操控数百万个量子单元,如果自然界有个上限不让我们这么做,那可就麻烦了。 虽然这个实验的成果让我们对宏观量子现象更有信心了,但想要实现并看到这种现象太难了。佩达利诺提到,他们花了整整两年时间才从一堆杂乱无章的数据里找到了那个标志性的干涉信号。任何一点点外界的干扰——比如空气分子、光或者电磁场——都能把这脆弱的叠加态给搞没了。所以实验必须在超高真空和极低温的环境下进行才行。 衡量“宏观”叠加态有好几种标准。这次创造的纪录是综合考虑了质量、持续时间还有空间距离这三个维度。要是单看质量的话,还有个研究让一个16微克重的东西进入了叠加态。但那东西空间上的距离很小。这两种方法虽然侧重点不一样,但都让我们对量子世界的边界认识更清楚了。 从“薛定谔之猫”到这次的7000个原子组成的“量子团簇”,人类对物质世界的追问一直没停过。这次实验是国际团队在极端条件下追求科学前沿的体现。它检验了量子力学的普适性,也为最终弄清楚那个模糊的边界积累了数据。以后随着技术进步,我们肯定能看到更大规模的量子现象。每一次成功窥探宏观量子世界,都是向着终极答案前进的一步。