物理学家已经找到了如何“培育”薛定谔猫(一种具有相反性质的两种状态的量子叠加的物体)的方法,以产生放大的版本,有一天可以揭示量子世界的极限。
如果他们能够继续培育更大的“猫”,该实验最终可以揭示物体在经典物理和量子物理之间转换的确切点——物理学家几十年来一直在追逐的微观世界和宏观世界之间的鸿沟。
“物理学的基本问题之一是量子世界和经典世界之间的边界。在理想条件下,量子现象可以在宏观物体中观察到吗?”物理学家亚历山大·洛夫斯基说,他领导了来自卡尔加里大学和俄罗斯量子中心的团队。
“理论没有给出这个问题的答案——也许不存在这样的边界。我们需要的是一个能够探测它的工具。”
原来的思想实验表明,如果你把一只活猫放在装有炸弹的防爆盒子里,直到你打开盒子,你都不知道炸弹是否爆炸而猫死了。或者炸弹没有爆炸而猫还活着。
从我们的角度来看,只要盒子关着,猫就占据着两个现实。它既是死的又是活的,因为我们无法确认是哪一个,但我们知道不可能两者都不是。
这不仅仅是一个假设的问题 - 在量子物理学中,同时处于两种不同的状态被称为叠加态,它是量子物理学的全部基础这将彻底改变我们未来处理数据的方式。
自从 1935 年提出这个假设场景以来,物理学家已经弄清楚如何使用微波光子进行真实的实验,微波光子可以同时垂直和水平偏振,直到有人真正测量它们的偏振。尽管“猫”的绰号已经流传下来。
物理学家利用这种技术创造了- 它们实际上是光粒子,而不是真正的猫 - 同时在两个量子“盒子”中,他们首次成功地拍摄了原子中的这一现象。
但现在,Lvovsky 和他的团队已经找到了如何生成振幅比以往更高的放大“猫”。
该实验涉及实现两个的叠加相干电磁波场同时指向两个相反方向的光波。
然后,他们通过使这些波穿过分束器来产生新的、振幅更高的“猫”。
“这导致分束器的两个输出通道中出现纠缠态,”洛夫斯基解释道。
“在其中一个通道中,放置了一个特殊的探测器。如果这个探测器显示出某种结果,第二个输出中就会诞生一只‘猫’,其能量是最初的两倍以上。”
当团队测量结果时,他们发现可以将一对振幅为1.15的负“薛定谔猫”转换为单个振幅为1.85的正“猫”,并且可以重复该实验以生成数千只放大的“猫”。
“重要的是,这个过程可以重复:新的‘猫’可以依次重叠在分束器上,产生能量更高的猫,等等,”团队成员之一说道德米德·赛切夫 (Demid Sychev),俄罗斯量子中心的研究生。
“因此,有可能逐步突破量子世界的边界,并最终了解它是否有极限。”
这是令人兴奋的事情,但对于我们不断理解支配我们宇宙的物理定律至关重要。
我们知道,量子领域的规则解释了原子如何在极小的尺度上运作,必须以某种方式与经典领域联系起来——管理更大系统的规则,如恒星、火箭和人类——但到目前为止,。
重力似乎不会影响量子系统,而经典物理学无法解释量子的“幽灵般的超距作用”。
如果我们能够查明量子系统开始受经典物理学支配的边界,我们最终就能理解世界之间的这种鸿沟——也许放大的薛定谔猫将帮助我们到达那里。
该研究发表于自然光子学。