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来源： 发布时间：2017-1-23 21:45:19
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| 2016 世界十大科技进展新闻 |
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| 量子双模式猫态首次实现 |
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猫是世界上最普通的一种动物，然而有一种猫却令世界上无数科学家为之“倾倒”、为之困惑，它就是既死又活的、神秘的“薛定谔猫”。
根据量子力学的理论，物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的奇特状况，这被称为有效的相干叠加态。由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循量子叠加原理？据此，奥地利物理学家薛定谔在1935年提出了著名的“薛定谔猫”佯谬。
“薛定谔猫”假设了这样一种情况：将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。
根据量子力学理论，镭的衰变存在几率，放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死和活的叠加状态，这就是所谓“薛定谔猫”。
既死又活的猫在现实世界是荒谬的，而这一问题却让很多科学家百思不得其解。但是随着量子力学的发展，科学家们已经成功使多粒子构成的系统达到这种难以理解的量子“薛定谔猫”态。由于这些粒子都属于同一种粒子，因此又被称为单模式猫态。
然而，2016年5月26日美国《科学》杂志发表的一项研究却成功地打破了这一研究现状。这一最新研究第一次给单模式猫态引入量子纠缠的元素，首次实现了同处两地的“薛定谔猫”——量子双模式猫态。
在这项新研究中，科学家制造出了一种状态更加奇异的“薛定谔猫”，它同时存在于两个箱子之中，这项成果朝研制实用可靠的量子计算机又迈出了一步。
具体而言，他们设计了两个微波超导空腔，而“薛定谔猫”就是空腔内由几十个光子组成的驻波。驻波是指两个频率相同的波在沿相反方向传播时互相叠加而成的波。这两个空腔内的光子虽然频率不同，但跨空腔关联，如同一只“薛定谔猫”同时存在于两个箱子中。
论文第一作者、美国耶鲁大学博士后王晨表示：“我们产生的量子态可以比作一只‘薛定谔猫’跨越两个箱子，或者说是首次实现一种双模式猫态。这是一个20年前就有所展望但是至今终于得以圆满（解决）的难题。”未来，双模式猫态将有望为量子计算的运算过程加入量子纠错；同时还可对其他量子信息技术有所帮助，如量子通信、量子精密测量等。■
《科学新闻》 (科学新闻2017年1月刊 封面)
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