量子世界的奇妙現象再次迎來新突破。奧地利與德國科研團隊宣布,他們成功利用約7000個鈉原子構建出迄今為止規模最大的量子疊加態,創造了“宏觀度”指標的新紀錄。這一成果被視為向理解微觀與宏觀世界界限邁出的重要一步,相關研究已發表于國際權威學術期刊。
量子疊加態是量子力學的核心特征之一,指微觀粒子能夠同時處于多種狀態的疊加。1935年,物理學家薛定諤通過“貓佯謬”思想實驗揭示了這一概念的悖論性:若將貓與放射性原子核置于密閉容器中,原子核的衰變與否將決定貓的生死,而量子力學認為原子核在未被觀測前處于衰變與未衰變的疊加態,由此推導出貓同時存活與死亡的荒誕結論。盡管宏觀世界的貓無法呈現這種狀態,但科學家已在原子、分子甚至微型晶體中實現了類似的量子疊加。
衡量薛定諤貓態“宏觀程度”的指標需綜合考量物體尺寸、質量、量子態間距及疊加態持續時間。此次實驗中,科研團隊在零下196攝氏度的超低溫真空環境中,通過激光操控技術使鈉原子簇形成直徑約8納米的團簇,并觀察到其同時存在于相距133納米的兩個位置——這一距離是原子簇直徑的十余倍。盡管此前曾有研究將質量達16微克的晶體置于量子疊加態,但其量子態間距遠小于本次實驗,因此宏觀度指標仍低于新成果。
實驗負責人解釋,鈉原子簇的量子波動性通過激光干涉圖案得以驗證。當原子簇同時處于不同位置時,其波函數相互干涉形成特定條紋,這一現象直接證明了宏觀尺度物體仍可保持量子相干性。研究團隊特別強調,實驗環境需嚴格隔絕外界干擾,任何微小的溫度波動或電磁擾動都可能導致量子態崩潰。
該成果為探索量子力學與經典物理的過渡區域提供了新工具。科學家指出,理解量子系統如何從疊加態“坍縮”為確定態(即薛定諤貓的“生死”被觀測決定的過程),對開發實用化量子計算機至關重要。當前量子計算面臨的主要挑戰之一,正是維持量子比特長時間處于相干疊加態,而新實驗中鈉原子簇展現出的穩定性為解決這一難題提供了潛在思路。











