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“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的著名实验名称,它描述了量子力学的真相:粒子的某些特性无法确定,直到测量外力迫使它们选择。原版中假想的实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质,在一小时内,大约有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,剩下50%的概率是放射性物质不会衰变而猫将活下来。
薛定谔的猫本身是一个科学假设的概念,因为猫在真空状态下不能存活,所以不可能用猫来做实验。但随着科学技术的发展,人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态,甚至已经开始尝试用病毒来制备薛定谔猫态,人们还发现薛定谔猫态(量子叠加态),其本身就在生命过程中存在着,且是生物生存不可缺少的。
1996年5月,美国科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所(NIST)的Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照,发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态,而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态,而这两个状态相距80纳米之遥!(1纳米等于1毫微米)这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师,他在纽约与喜马拉雅同时现身,一个他正从摩天楼顶往下跳伞;而另一个他则正爬上雪山之巅!
“薛定谔的猫”本身是一个假设的概念,随着技术的发展,人们在光子、原子、分子中实现了薛定谔猫态,甚至已经开始尝试用病毒来制备薛定谔猫态,如刘慈欣《球状闪电》中变成量子态的人,人们已经越来越接近实现生命体的薛定谔猫。可是另外一方面,人们发现薛定谔猫态(量子叠加态)本身就在生命过程中存在着,且是生物生存不可缺少的。
“薛定谔的猫”态不仅具有理论研究意义,也有实际应用的潜力。比如,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,也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。
(内容校排:大牛)