量子物理学新进展：“柴郡猫”变成现实

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量子物理学新进展：“柴郡猫”变成现实

来源：观察者网
2014-07-30 15:58:53

在英国数学家刘易斯·卡罗尔的儿童文学名著《爱丽丝漫游仙境》中，柴郡猫会在消失后留下一个笑脸。科学家们首次将“量子柴郡猫”变成了现实。“量子柴郡猫”由一个粒子（如一个光子或中子）与其物理性质之一（如偏振或磁矩）的分离组成。正如那不具形体的微笑是“柴郡猫”的一个性质一样，偏振也是光子的一个性质。据BBC新闻网7月29日报道，研究人员将一束中子与其磁矩分离，就像乘客与他们的行李在机场安检被分开。

他们的成果近日发表在《自然通讯》上，这是一个仅在网上出版的多学科杂志，专门发表生物学、物理学和化学等各领域的高质量研究论文。

来自奥地利维也纳理工大学的研究人员称，同样的分离技巧原则上也可以运用到任何量子对象的任何性质上。

虽然“量子柴郡猫”仅对中子来说被观测到，但应有可能在其他物理体系中对其进行验证，而且这些内容对于高精度计量和量子信息技术可能会被证明有用，如在对量子系统的高精度测量时过滤掉扰动。

《爱丽丝漫游仙境》中，见到柴郡猫的爱丽丝说，她见过的猫大抵没有笑脸，她却从未见过有笑脸但没有身体的猫。而“量子柴郡猫”的想法早在2010年就由美国查普曼大学的Jeff Tollaksen提出，他也是这篇最新论文的合著者。

柴郡猫出自《爱丽丝漫游仙境》



电影《爱丽丝漫游仙境》中的柴郡猫

过去一年，物理学家预言，量子版本的柴郡猫是有可能存在的。在量子世界中，一个物体的位置有可能与它的性质分离开来。奥地利维也纳理工大学的Yuji Hasegawa和同事声称他们首次观测到了量子柴郡猫。研究报告发表在预印本网站上。

他们运用的方法是弱测量，传统的测量方法会改变量子对象的状态，而弱测量则能在保持量子态完整的情况下提取少量信息，通过与系统非常轻柔的接近来避免其从量子态坍缩。在最新研究中，物理学家在一边测量了中子的位置，在另一边测量了中子的自旋性质。研究人员证实，中子性质的“弱测量”（它们不会显著扰动系统）是对该现象进行观测所必需的，因为传统测量入侵性太强。

猫的比喻是对“薛定谔猫”的致敬。薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。如果原子衰变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。要是原子没有衰变，那么猫就好好地活着。当它们都被锁在箱子里时，根据量子力学理论，因为我们没有观察，所以那个原子处在衰变/不衰变的叠加状态，这只猫似乎当时只能陷于一种死/活的混合。

为了证明“量子柴郡猫”不仅是一个漂亮的理论，研究人员利用了法国劳厄·朗之万研究所的干涉测量仪。将一束中子穿过硅晶体，将其送往两条路径。通过使用滤波器和一种称为“后选择”的方法，研究人员能够探测到中子束与其磁矩分离，当中子穿过干涉测量仪的一个臂时，其磁矩在沿着另一个臂穿行。“这就仿佛是中子束与其磁矩分别走了不同的路径。”研究人员说。

这就仿佛是中子束与其磁矩分别走了不同的路径。

（观察者网编译自BBC、Nature Communications网站）