通往更高維度的大門，打開了一條縫隙

原標(biāo)題：薛定諤的貓，竟然活了23.3333······分鐘
文章來源：量子學(xué)派
內(nèi)容字?jǐn)?shù)：8063字

薛定諤的貓：從幾秒到23分鐘的奇跡

本文介紹了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊在量子力學(xué)領(lǐng)域取得的重大突破：將薛定諤貓的疊加態(tài)維持時間延長至23分鐘，這標(biāo)志著人類對量子世界的理解又邁進(jìn)了一大步。

1.薛定諤的貓的由來

薛定諤為了論證其波函數(shù)理論的詭異之處，提出了著名的“薛定諤的貓”思想實驗。該實驗將一只貓置于一個密閉盒子里，其生死取決于盒內(nèi)放射性物質(zhì)是否衰變。這使得貓?zhí)幱凇凹人烙只睢钡寞B加態(tài)，直觀地展現(xiàn)了微觀量子世界的非經(jīng)典特性，并引發(fā)了對量子力學(xué)詮釋的廣泛討論。

2.薛定諤的貓為何短命？

薛定諤的貓之所以“短命”，是因為量子退相干效應(yīng)。環(huán)境中的干擾（如熱噪聲、振動等）會破壞量子疊加態(tài)，導(dǎo)致貓的疊加態(tài)“坍縮”為死或活的確定態(tài)。維持量子系統(tǒng)的相干性對量子計算、量子通信和量子傳感等領(lǐng)域至關(guān)重要。

3.23分鐘的突破：中國科學(xué)家的貢獻(xiàn)

中科大團(tuán)隊利用激光冷原子技術(shù)，制備出基于自旋的薛定諤貓態(tài)，并通過以下關(guān)鍵技術(shù)手段將貓的疊加態(tài)維持時間延長至1.4(1) ×103秒（約23分鐘）：

1. 構(gòu)建退相干子空間，使貓態(tài)對環(huán)境噪聲免疫。
2. 利用非線性自旋旋轉(zhuǎn)，高效生成量子疊加態(tài)。
3. 采用“魔術(shù)波長”光學(xué)晶格，減輕光移帶來的退相干。
4. 利用長時間的拉姆塞干涉測量，驗證相干時間。

這項研究利用了鐿-173原子高自旋特性，實現(xiàn)了對自旋-F系統(tǒng)的高效操控，為原子磁力計、量子信息糾錯以及探索新物理等開辟了新途徑。

4.量子科學(xué)新的里程碑？

該研究成果被認(rèn)為是量子科學(xué)領(lǐng)域的一個重要里程碑。它不僅延長了薛定諤貓態(tài)的壽命，更重要的是展示了在實際應(yīng)用中維持量子相干性的新方法。這項研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于巧妙地利用了退相干子空間、高維希爾伯特空間和高效的非線性操作，為未來量子計算、量子傳感等領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

5.走向更高維度的世界

薛定諤的貓作為連接微觀與宏觀世界的橋梁，其壽命的延長象征著人類對量子世界探索的深入。這項研究成果不僅具有重要的科學(xué)意義，也為未來量子技術(shù)的應(yīng)用提供了新的可能性，最終將推動人類對更高維度世界的探索。

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作者簡介：專注于科普（數(shù)理哲）的教育平臺，“典贊·2019科普中國”十大科普自媒體