量子物理领域j9九游会，一新记录被中国科学家突破——

中科大团队奏效让薛定谔的猫活了长达整整 23 分钟！

什么想法呢？

以往东说念主们以薛定谔的猫「到底是生是死」来阐释原子的量子访佛气象。因为环境尽头不踏实，是以这种气象时常存续十分霎时——几秒或者几毫秒。

但当今这么的存续时辰有了质的飞跃，中国团队奏效让这种量子访佛气象抓续了 1400 秒的时辰。

这项辩论由中科大少年班学院院长卢征天磨真金不怕火、合肥国度执行室辩论员夏添领衔，后来果发表在《当然 · 光子学》。

一朝讲解注解这一龟龄命薛定谔猫态的制备可行，那么夙昔关于量子物理宇宙的辩论有结巴爱慕。

比如用来检测和辩论磁力、探索物理学中新的和奇异的效应，以致不错用于尽头踏实的量子计较机内存。

薛定谔的猫多活了 23 分钟

先来浅易了解下物理学四大神兽之一——薛定谔的猫。

"薛定谔的猫"是一个有名的念念想执行，由奥地利物理学家埃尔温 · 薛定谔在 1935 年淡薄。

总结一下执行：

遐想一个阻滞的盒子里有一个猫，一个装有毒气的瓶子，以及一个发射性原子。若是发射性原子衰变，就会触发一个机制打碎瓶子，开释毒气，猫就会死。若是原子莫得衰变，猫就在世。

在量子力学中，发射性原子在莫得不雅测之前，同期处于衰变和未衰变的访佛气象。这意味着，在莫得掀开盒子不雅察之前，猫既是死的亦然活的，处于一种存一火访佛的气象。

当咱们掀开盒子不雅察猫的气象时，量子访佛气象会"坍缩"，猫的气象从既是死又是活的气象变为细则的死是活。这个进程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截然有异气象的量子访佛，等于薛定谔猫态。

在执行中终了和保管薛定谔猫态尽头困难，因为这需要极高的辨认以珍藏温度、磁场等环境过问导致它们在几秒或毫秒内坍缩到单一气象。

本文辩论科学家们历史性地让薛定谔猫态保抓了永劫辰的踏实，商酌时辰长达 23 分钟。

（商酌时辰是指量子系统在退商酌之前未必保抓量子特质的时辰，退商酌指的是量子系统渐渐失去其量子特质的进程。）

在这个执行中，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皆备相悖的场地。

具体来说，辩论团队运用波长为 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大要10 ⁴个 ¹ ⁷ ³ Yb 原子。原子率先在把握腔室的磁光阱中被预冷并加载，随后通过迁移光学偶极阱沿 x 轴场地运输到测量室。

执行安设被四层磁屏蔽所保护，内置 cos ( θ ) 线圈在 z 方进取产生一个踏实均匀的 1.24 μ T 磁场，以最小化外部磁场过问。

终了上，团队摄取了以下三身手的篡改决策：

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，将原子入手化到 |F, F ⟩拉伸态。

应用离共振的 σ ⁺偏振放胆激光束，沿 x 轴场地传播，通过颐养非线性交互作用（张量交流斯塔克位移）携带自旋旋转。

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，运用光学晶格引入的差分张量光移位进做事态采取性测量。

通过精准放胆放胆激光的频率和强度（80 mW/cm ²），执行中测得的拉比频率为：

这一系列精准操作奏效制备出了 ¹ ⁷ ³ Yb 原子的薛定谔猫态，该气象是具有自旋量子数 5/2 的原子核自旋投影态 m=+5/2 和 m= − 5/2 的量子访佛。

关节是，团队发现这个猫态被保护在无退商酌子空间中，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商酌。

这使得猫态终露出1.4 ( 1 ) × 10 ³ 秒的超长商酌时辰，即约 23 分钟，远超老例商酌自旋态（CSS）在疏通要求下终了的 0.9 ( 2 ) × 10 ³ 秒商酌时辰。

值得正经的是，咫尺执行中的真空阱寿命为 71 ( 1 ) 秒，辩论东说念主员指出通过改善真空要求，猫态的寿命有望进一步延迟以匹配其商酌时辰，同期还不错借助自旋回波技巧来进一步减少退商酌效应。

测量智慧度接近海森堡极限

为表征猫态对 1.24- μ T 静态磁场的智慧度，辩论东说念主员进行了拉姆皆干预测量。

通过两个间隔为 τ 的 ( π /2 ) cat 脉冲序列，在 160 秒的测量时辰内，态的布居数保抓在 0.90 ( 3 ) ，干预条纹对比度达到 0.88 ( 3 ) 。

最终终露出 0.12 ( 1 ) nT 的磁场测量智慧度，比规范量子极限 0.22nT 训导了约 1.8 倍，接近海森堡极限（HL）的 0.10nT。

算作对比，通常要求下的商酌自旋态只可达到 0.70 ( 10 ) nT 的智慧度，比规范量子极限 0.22nT 的智慧度差了约 3.2 倍。

这项职责的爱慕体当今多个方面。

具有长商酌时辰的高自旋系统在量子科技领域具有平庸应用出路，可用于发展量子存储器，并为量子计较中的空虚改造提供必要的冗余度。

稀薄值得一提的是，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）被以为是联想的自旋传感器候选者。

而这项辩论标明高自旋同位素通常不错胜任这一变装。举例，¹ ⁷ ¹ Yb/ ¹ ⁷ ³ Yb 这么的同位素对为建设双物种冷原子共磁力计提供了新的可能性。

更结巴的是，这个展现出接近海森堡极限磁场测量智慧度的猫态，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、检修洛伦兹不变性，以及探索超出规范模子的新物理知足，为量子精密测量领域诱骗了新的辩论场地。

中科大少年班院长领衔

这次辩论来自中科大夏添、卢征天、邹长铃等东说念主一说念协作。

通信作家之一卢征天，咫尺是中国科学技巧大学物理学院凸起讲席磨真金不怕火、少年班学院院长。

辩论场地包括检修时空及物资与反物资之间的对称性，寻找规范模子除外的新物理；发展超智慧同位素痕量探伤新技巧，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，咫尺是合肥国度执行室辩论员。他本科毕业于清华大学，随后赶赴普林斯顿大学攻读博士。

辩论场地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规范模子除外的新物理；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；用光抽运的法子终了原子自旋的磁极化。

关于这项后果，辩论东说念主员示意，这一龟龄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诱骗出新路线。

参考一语气：

[ 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/2410.09331v1j9九游会