量子物理限制九游会体育，一新记载被中国科学家突破——

中科大团队得胜让薛定谔的猫活了长达整整 23 分钟！

什么主见呢？

以往东说念主们以薛定谔的猫「到底是生是死」来阐释原子的量子重叠景况。因为环境相配不褂讪，是以这种景况时时存续十分良晌——几秒或者几毫秒。

但刻下这么的存续时分有了质的飞跃，中国团队得胜让这种量子重叠景况握续了 1400 秒的时分。

这项考虑由中科大少年班学院院长卢征天教师、合肥国度履行室考虑员夏添领衔，其效用发表在《当然 · 光子学》。

一朝阐扬这一长命命薛定谔猫态的制备可行，那么当年关于量子物理寰球的考虑有重视预想。

比如用来检测和考虑磁力、探索物理学中新的和奇异的效应，以致不错用于相配褂讪的量子盘算机内存。

薛定谔的猫多活了 23 分钟

先来节略了解下物理学四大神兽之一——薛定谔的猫。

"薛定谔的猫"是一个知名的想想履行，由奥地利物理学家埃尔温 · 薛定谔在 1935 年提议。

回归一下履行：

遐想一个封锁的盒子里有一个猫，一个装有毒气的瓶子，以及一个辐射性原子。淌若辐射性原子衰变，就会触发一个机制打碎瓶子，开释毒气，猫就会死。淌若原子莫得衰变，猫就辞世。

在量子力学中，辐射性原子在莫得不雅测之前，同期处于衰变和未衰变的重叠景况。这意味着，在莫得绽放盒子不雅察之前，猫既是死的亦然活的，处于一种存一火重叠的景况。

当咱们绽放盒子不雅察猫的景况时，量子重叠景况会"坍缩"，猫的景况从既是死又是活的景况变为详情的死是活。这个经由也被称为波函数坍缩。

而这种一个系统同期处于两种或多种天渊之别景况的量子重叠，即是薛定谔猫态。

在履行中终了和保管薛定谔猫态相配困难，因为这需要极高的阻拦以能干温度、磁场等环境骚动导致它们在几秒或毫秒内坍缩到单一景况。

本文考虑科学家们历史性地让薛定谔猫态保握了万古分的褂讪，联系时分长达 23 分钟。

（联系时分是指量子系统在退联系之前或者保握量子特质的时分，退联系指的是量子系统渐渐失去其量子特质的经由。）

在这个履行中，薛定谔猫态是通过非线性自旋旋转终了的，即原子的自旋同期指向两个王人备相悖的标的。

具体来说，考虑团队诈欺波长为 1036nm、功率为 16W 的线性偏振光晶格激光束（束腰为 20 μ m），在魔术波长上拿获了梗概10 ⁴个 ¹ ⁷ ³ Yb 原子。原子最初在周边腔室的磁光阱中被预冷并加载，随后通过出动光学偶极阱沿 x 轴标的运送到测量室。

履行安设被四层磁屏蔽所保护，内置 cos ( θ ) 线圈在 z 方进取产生一个褂讪均匀的 1.24 μ T 磁场，以最小化外部磁场骚动。

终了上，团队遴选了以下三法子的鼎新决策：

使用与 ¹ S ₀ ( F=5/2 ) → ¹ P ₁ ( F ′ =5/2 ) 能级跃迁共振的 σ + 偏振泵浦激光脉冲，将原子运行化到 |F, F ⟩拉伸态。

应用离共振的 σ ⁺偏振摈弃激光束，沿 x 轴标的传播，通过颐养非线性交互作用（张量交流斯塔克位移）素质自旋旋转。

使用与 ¹ S ₀ ( F=5/2 ) → ³ P ₁ ( F ′ =7/2 ) 能级跃迁共振的 σ ⁺偏振探伤光束测量 |F, F ⟩态中的归一化布居数，诈欺光学晶格引入的差分张量光移位进奇迹态遴选性测量。

通过精准摈弃摈弃激光的频率和强度（80 mW/cm ²），履行中测得的拉比频率为：

这一系列精准操作得胜制备出了 ¹ ⁷ ³ Yb 原子的薛定谔猫态，该景况是具有自旋量子数 5/2 的原子核自旋投影态 m=+5/2 和 m= − 5/2 的量子重叠。

要害是，团队发现这个猫态被保护在无退联系子空间中，对光晶格产生的非均匀张量光移具有免疫力。这是因为光晶格的哈密顿量 H ₜ与猫态密度矩阵 ρ cat 和 H ₒ都对易，从而幸免了光场带来的退联系。

这使得猫态终领路1.4 ( 1 ) × 10 ³ 秒的超长联系时分，即约 23 分钟，远超老例联系自旋态（CSS）在交流条款下终了的 0.9 ( 2 ) × 10 ³ 秒联系时分。

值得戒备的是，刻下履行中的真空阱寿命为 71 ( 1 ) 秒，考虑东说念主员指出通过改善真空条款，猫态的寿命有望进一步延迟以匹配其联系时分，同期还不错借助自旋回波时间来进一步减少退联系效应。

测量智谋度接近海森堡极限

为表征猫态对 1.24- μ T 静态磁场的智谋度，考虑东说念主员进行了拉姆王人过问测量。

通过两个鉴别为 τ 的 ( π /2 ) cat 脉冲序列，在 160 秒的测量时天职，态的布居数保握在 0.90 ( 3 ) ，过问条纹对比度达到 0.88 ( 3 ) 。

最终终领路 0.12 ( 1 ) nT 的磁场测量智谋度，比措施量子极限 0.22nT 提升了约 1.8 倍，接近海森堡极限（HL）的 0.10nT。

当作对比，一样条款下的联系自旋态只可达到 0.70 ( 10 ) nT 的智谋度，比措施量子极限 0.22nT 的智谋度差了约 3.2 倍。

这项职责的预想体刻下多个方面。

具有长联系时分的高自旋系统在量子科技限制具有平素应用出息，可用于发展量子存储器，并为量子盘算中的缺欠检阅提供必要的冗余度。

终点值得一提的是，这项职责为寻找自旋传感器提供了新的可能性。传统上，具有基态 J=0 和核自旋 I=1/2 的原子（如 ³ He、¹² ⁹ Xe、¹ ⁷ ¹ Yb 和 ¹ ⁹⁹ Hg）被以为是瞎想的自旋传感器候选者。

而这项考虑标明高自旋同位素一样不错胜任这一变装。举例，¹ ⁷ ¹ Yb/ ¹ ⁷ ³ Yb 这么的同位素对为确立双物种冷原子共磁力计提供了新的可能性。

更重视的是，这个展现出接近海森堡极限磁场测量智谋度的猫态，不仅可用于高精度磁场测量，还可应用于寻找历久电偶极矩、熟悉洛伦兹不变性，以及探索超出措施模子的新物理鼓吹，为量子精密测量限制劝诱了新的考虑标的。

中科大少年班院长领衔

这次考虑来自中科大夏添、卢征天、邹长铃等东说念主沿途联接。

通信作家之一卢征天，刻下是中国科学时间大学物理学院隆起讲席教师、少年班学院院长。

考虑标的包括熟悉时空及物资与反物资之间的对称性，寻找措施模子除外的新物理；发展超智谋同位素痕量探伤新时间，同期开展在地球与环境科学中的应用；关于原子核、原子与分子的精密测量。

另一位通信作家夏添，刻下是合肥国度履行室考虑员。他本科毕业于清华大学，随后前去普林斯顿大学攻读博士。

考虑标的包括通过对原子固有电偶极矩的测量来检测基本作用中对称性的破缺来寻找措施模子除外的新物理；以原子物理为平台的精密测量；以中性原子为平台的量子信息；用光抽运的格式终了原子自旋的磁极化。

关于这项效用，考虑东说念主员暗示，这一长命命薛定谔猫态的制备，将为原子磁力计、量子信息纠错以及探索新物理等劝诱出新路线。

参考推敲：

[ 1 ] https://www.wired.com/story/scientists-have-pushed-the-schrodingers-cat-paradox-to-new-limits

[ 2 ] https://news.ustc.edu.cn/info/1056/89559.htm

[ 3 ] https://arxiv.org/abs/2410.09331v1九游会体育