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奧地利維也納大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(lái)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(duì)量子計(jì)算、量子精密測(cè)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(shí)驗(yàn)，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(shí)中，物體尺寸超過(guò)一定程度后，會(huì)因?yàn)榄h(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(xiàn)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(shí)驗(yàn)邊界推進(jìn)到前所未有的尺度。團(tuán)隊(duì)制備了由超過(guò)7000個(gè)鈉原子組成、直徑約8納米的金屬團(tuán)簇。這類(lèi)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(guò)精密干涉實(shí)驗(yàn)，使這些團(tuán)簇同時(shí)處于相距約133納米的不同空間位置，形成類(lèi)似“薛定諤貓”的量子疊加態(tài)。

實(shí)驗(yàn)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(guò)狹縫后表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)性，不同路徑對(duì)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(duì)正是通過(guò)這一信號(hào)，確認(rèn)納米顆粒處于量子疊加狀態(tài)。

結(jié)果顯示，每個(gè)納米顆粒并非沿單一路徑運(yùn)動(dòng)，而是如同一個(gè)在空間中展開(kāi)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(shí)間等因素。本次實(shí)驗(yàn)的宏觀性達(dá)到15.5，較此前紀(jì)錄提高約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

未來(lái)，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將實(shí)驗(yàn)對(duì)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(cè)量的物理作用力。