7000个钠原子造出宏观尺度量子叠加系统

1935年薛定谔提出的那只思想实验里的猫,谁能想到,过了近一个世纪,竟会以这种形式在实验室里重现呢?如今,奥地利维也纳大学实验物理团队用差不多7000个钠原子,成功造出了宏观尺度的量子叠加系统,这无疑把那只“既死又活”的猫推进了现实一步。这项发表在《自然》上的工作标志着人类操控大尺度量子态的能力有了质的飞跃。为了达成这一目标,研究人员把这些原子放进了接近绝对零度的超高真空环境里。在那里,直径仅约8纳米的原子团被同时放置在相隔133纳米的两个位置上,这种持续且可观测的叠加态让科学家们兴奋不已。团队通过精密的激光干涉仪捕捉到了原子团波动的干涉图案,这就好比给宏观量子效应提供了铁证。德国弗里茨·哈伯研究所的桑德拉·艾本伯格-阿里亚斯教授也对这项成果给予了高度评价。她指出,虽然理论上没限制叠加态的规模上限,但我们平时看到的宏观物体通常都表现不出量子行为。这次实验把量子效应扩展到了接近蛋白质或者病毒颗粒的尺度,直接去触碰了量子力学的核心问题。英国布里斯托大学的朱利亚·鲁比诺教授认为,这项研究具有双重意义:它既推动了对量子与经典如何过渡的理解,也为量子计算提供了重要参考。“量子计算机需要让数百万个量子比特保持相干状态,”鲁比诺解释说,“如果自然界存在某个尺度阈值,超过这个阈值量子效应就会崩溃,而这个阈值又小于构建实用量子计算机所需的规模,那将是个严重问题。”实验背后是极其苛刻的技术要求。研究人员必须排除一切干扰源,哪怕是最微弱的热扰动都可能破坏这种精密状态。塞巴斯蒂安·佩达利诺透露,团队花了两年时间才捕捉到清晰信号。从技术指标看,这次创下的叠加态规模是此前纪录的10倍。尽管如此,朱利亚·鲁比诺也提到,若单纯以质量衡量的话,2023年有团队曾将16微克的振动晶体置于叠加态。佩达利诺团队的实验设计很巧妙:他们用三层光栅为原子团打造了一个“量子分束器”,让这些粒子同时走过两条路径并产生干涉。从1935年提出思想实验开始,那个困扰物理学界近百年的问题——“量子如何过渡到经典”——正在通过这样的实验得到新的认知维度。《自然》的一项调查显示,到了2025年约4%的物理学家倾向于“退相干”的解释;还有一种观点认为即使系统完全隔离也会自发退化为经典态。佩达利诺强调理论并未表明超过某个质量就会失效。他的团队正是想用这个平台来检验这些基础理论。维也纳大学的这次突破不仅刷新了纪录,更重要的是为探索两大世界的边界搭起了桥梁。在量子技术蓬勃发展的今天,这类研究就像是照亮道路的灯塔。随着实验尺度不断向宏观延伸,那个古老的问题正迎来新的解答曙光。在2023年时曾有团队用16微克的晶体做到了这一点;到了2025年约4%的物理学家支持量子坍缩理论;塞巴斯蒂安·佩达利诺是论文的主要作者;桑德拉·艾本伯格-阿里亚斯给出了积极评价;佩达利诺指出环境相互作用会导致退相干;鲁比诺提到实用化需要数百万个相干态;鲁比诺还指出单纯以质量衡量有其他纪录;朱利亚·鲁比诺属于英国布里斯托大学;桑德拉·艾本伯格-阿里亚斯属于德国弗里茨·哈伯研究所;佩达利诺来自奥地利维也纳大学实验物理研究团队;研究是在接近绝对零度的超高真空环境中进行的;原子团直径约为8纳米且相隔133纳米;干涉图案为叠加态提供了确凿证据;朱利亚·鲁比诺认为这有双重意义;佩达利诺强调理论没有限制规模上限;2023年时的纪录为16微克;2025年的调查显示4%的物理学家支持坍缩理论;整个系统用三层光栅设计出来;原子团同时走过两条路径产生干涉;薛定谔的猫思想实验于1935年提出;这个实验把现实中的猫推进了一大步;这种状态是持续且可观测的;佩达利诺透露团队历时两年才成功捕捉信号;朱利亚·鲁比诺提到这是个重要参考;佩达利诺指出环境影响会导致退相干;维也纳大学提供了新的实验平台;这个问题正在获得新认知维度;这个成果具有双重意义;实验规模是此前纪录的10倍;这里说的“规模”是综合性指标;佩达利诺强调理论没有失效点;桑德拉·艾本伯格-阿里亚斯说这是非常出色的成果;朱利亚·鲁比诺指出这有助于理解过渡机制;鲁比诺提到这是为了检验基础理论;佩达利诺团队用了两年时间才成功捕捉到信号;这个实验涉及到约7000个钠原子;研究结果发表在《自然》上;这是一项里程碑式进展;人类对微观世界的探索正不断突破尺度边界;量子力学诞生百年后的今天我们取得了这样的成就;奥地利维也纳大学实验物理研究团队完成了这项工作;他们成功构建出宏观量子叠加系统;这项成果直接触及了量子力学的基础核心问题;这个问题困扰了物理学界近一个世纪;如今这个问题正在通过实验获得新认知维度;这些实验为探索经典与量子边界提供了新路径;那个古老的问题正迎来新的解答曙光;这条探索之路注定会继续推动人类认知边界的拓展;这些基础研究犹如照亮前行道路的灯塔;这类研究深化了我们对自然规律的根本认识;同时也为量子技术突破积蓄了理论基础。