科技日報北京1月22日電(記者 張佳欣)奧地利維也納大學(xué)研究團(tuán)隊在新一期《自然》雜志發(fā)表研究，首次將尺寸接近病毒的金屬納米團(tuán)簇置于空間分離明顯的量子疊加態(tài)中，創(chuàng)造了有史以來最大的疊加態(tài)。這一成果為探究量子世界與經(jīng)典世界的邊界提供了新依據(jù)，也對量子計算、量子精密測量等前沿技術(shù)具有啟示意義。

　　1935年，物理學(xué)家薛定諤提出著名的“貓”思想實驗，指出如果量子力學(xué)適用于一切尺度，那么宏觀物體也應(yīng)能處于疊加態(tài)。然而現(xiàn)實中，物體尺寸超過一定程度后，會因為環(huán)境干擾(即“退相干”)而失去量子特性，從而失去量子疊加態(tài)的能力。但量子世界和經(jīng)典世界之間的這條界線是否真的存在，一直懸而未決。

　　在最新研究中，物理學(xué)家將這一實驗邊界推進(jìn)到前所未有的尺度。團(tuán)隊制備了由超過7000個鈉原子組成、直徑約8納米的金屬團(tuán)簇。這類團(tuán)簇在質(zhì)量和尺度上，已接近部分病毒顆粒。接著，他們通過精密干涉實驗，使這些團(tuán)簇同時處于相距約133納米的不同空間位置，形成類似“薛定諤貓”的量子疊加態(tài)。

　　實驗采用了由三組激光光柵構(gòu)成的干涉儀裝置。在超高真空和低溫條件下，鈉納米顆粒通過狹縫后表現(xiàn)出明顯的波動性，不同路徑對應(yīng)的“物質(zhì)波”相互干涉，最終形成清晰的“干涉圖樣”。團(tuán)隊正是通過這一信號，確認(rèn)納米顆粒處于量子疊加狀態(tài)。

　　結(jié)果顯示，每個納米顆粒并非沿單一路徑運動，而是如同一個在空間中展開的“概率云”，其疊加態(tài)的空間分離距離約為顆粒自身尺寸的16倍。這表明，在這一尺度上，量子力學(xué)依然能夠準(zhǔn)確描述物體行為。

　　為衡量量子效應(yīng)在宏觀尺度上的程度，物理學(xué)家通常使用“宏觀性”指標(biāo)，該指標(biāo)綜合考慮物體質(zhì)量、疊加態(tài)分離距離及量子態(tài)維持時間等因素。本次實驗的宏觀性達(dá)到15.5，較此前紀(jì)錄提高約一個數(shù)量級。

　　未來，團(tuán)隊計劃將實驗對象進(jìn)一步擴(kuò)展至病毒等大型生物體系，并利用干涉圖樣作為高靈敏探針，探索微弱而難以測量的物理作用力。