科技日報北京1月22日電(記者 張佳欣)奧地利維也納大學研究團隊在新一期《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具有啟示意義。

　　1935年，物理學家薛定諤提出著名的“貓”思想實驗，指出如果量子力學適用于一切尺度，那么宏觀物體也應能處于疊加態(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，物理學家將這一實驗邊界推進到前所未有的尺度。團隊制備了由超過7000個鈉原子組成、直徑約8納米的金屬團簇。這類團簇在質量和尺度上，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，不同路徑對應的“物質波”相互干涉，最終形成清晰的“干涉圖樣”。團隊正是通過這一信號，確認納米顆粒處于量子疊加狀態(tài)。

　　結果顯示，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，量子力學依然能夠準確描述物體行為。

　　為衡量量子效應在宏觀尺度上的程度，物理學家通常使用“宏觀性”指標，該指標綜合考慮物體質量、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到15.5，較此前紀錄提高約一個數(shù)量級。

　　未來，團隊計劃將實驗對象進一步擴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。