>>> 2007年第2期
薛定谔猫长大了
作者：巴雅尔
将一只猫关在一个密闭的箱子中，外边的人不打开箱子，无法看到猫的状态。和猫一起被关在箱子里的还有放射性元素镭和致命毒药氰化物。镭有可能发生衰变，如果镭发生衰变，将触发箱子内的机关，装有氰化物的瓶子会被打破，毒气弥漫，猫被毒死；而如果镭不发生衰变，瓶子就不会被打破，猫就存活下来。根据量子力学的理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，那么箱子里的猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。直到人们打开箱子，看到这只猫，才终结了猫的叠加状态，猫要么死了，要么活着。
这只在箱子中既死又活的猫，就是所谓的“薛定谔猫”。薛定谔当年把这只猫“放”出来，是要提出一个十分重大的量子理论问题：宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理?如果是，那么我们就必须接受这个事实，即世界上确实存在又死又活的猫!不过，在当时的物理学家看来，适用于微观世界的量子“叠加”原理并不能用于宏观世界中。
然而，大自然看样子又要让我们大吃一惊了，因为薛定谔猫长大了!
最近，美国和奥地利的科学家分别用离子(离子可比电子这样的基本粒子大多了)做试验，制造出具有“薛定谔猫”态的粒子。美国科学家把6个铍离子固定在电磁场阱中，粒子之间相距几微米；然后用激光冷却铍离子到接近绝对零度。研究人员一方面提高激光的冷却效率，一方面利用电磁场阱吸收离子振动产生的热量。最终，他们成功地使4个、5个，甚至6个铍离子达到了薛定谔猫态。一次试验大概持续1毫秒，离子的薛定谔猫态大约持续1／20毫秒，它们既顺时针自旋，也逆时针自旋，实现了两种相反量子态的等量叠加。
这种不可思议的现象被称为“纠缠”。根据量子理论，如果两个粒子发生纠缠，我们就能够通过测量其中一个粒子的状态而探知另一个粒子的状态。例如，当两个粒子发生纠缠的时候，粒子会同时出现两种状态的重叠，即出现叠加态。
薛定谔的家乡奥地利的科学家利用类似的技术，使8个钙离子在试验中出现了“薛定谔猫”态，虽然维持的时间稍短，不过钙离子比铍离子个头更大，操作难度也大。
这些实验使我们必须重新打量这个世界，也许过不了多久，更大的粒子也会被证明具有薛定谔猫态。在科学家的实验室里，薛定谔猫正在长大。这表明，我们的宏观世界其实也处于看似自相矛盾的两种状态的叠加之中。
科学家做这方面的研究绝不是为了放出一只薛定谔猫来吓唬世人，他们有实际应用方面的考虑。从理论上说，利用这种特殊的量子现象，可以制造出比目前的计算机强大得多的量子计算机，多粒子的薛定谔猫态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件。此外，薛定谔猫态还可以用来改进精密的仪器，比如原子钟和干涉计，用来测量细微的距离等。
(陶云昌荐自《科学之谜》2006年第3期)
责编：叶万军