量子世界的奇妙现象再次迎来新突破。奥地利与德国科研团队宣布,他们成功利用约7000个钠原子构建出迄今为止规模最大的量子叠加态,创造了“宏观度”指标的新纪录。这一成果被视为向理解微观与宏观世界界限迈出的重要一步,相关研究已发表于国际权威学术期刊。
量子叠加态是量子力学的核心特征之一,指微观粒子能够同时处于多种状态的叠加。1935年,物理学家薛定谔通过“猫佯谬”思想实验揭示了这一概念的悖论性:若将猫与放射性原子核置于密闭容器中,原子核的衰变与否将决定猫的生死,而量子力学认为原子核在未被观测前处于衰变与未衰变的叠加态,由此推导出猫同时存活与死亡的荒诞结论。尽管宏观世界的猫无法呈现这种状态,但科学家已在原子、分子甚至微型晶体中实现了类似的量子叠加。
衡量薛定谔猫态“宏观程度”的指标需综合考量物体尺寸、质量、量子态间距及叠加态持续时间。此次实验中,科研团队在零下196摄氏度的超低温真空环境中,通过激光操控技术使钠原子簇形成直径约8纳米的团簇,并观察到其同时存在于相距133纳米的两个位置——这一距离是原子簇直径的十余倍。尽管此前曾有研究将质量达16微克的晶体置于量子叠加态,但其量子态间距远小于本次实验,因此宏观度指标仍低于新成果。
实验负责人解释,钠原子簇的量子波动性通过激光干涉图案得以验证。当原子簇同时处于不同位置时,其波函数相互干涉形成特定条纹,这一现象直接证明了宏观尺度物体仍可保持量子相干性。研究团队特别强调,实验环境需严格隔绝外界干扰,任何微小的温度波动或电磁扰动都可能导致量子态崩溃。
该成果为探索量子力学与经典物理的过渡区域提供了新工具。科学家指出,理解量子系统如何从叠加态“坍缩”为确定态(即薛定谔猫的“生死”被观测决定的过程),对开发实用化量子计算机至关重要。当前量子计算面临的主要挑战之一,正是维持量子比特长时间处于相干叠加态,而新实验中钠原子簇展现出的稳定性为解决这一难题提供了潜在思路。











