同处两地的薛定谔猫：量子双模式猫态首次

薛定谔猫理论：科学家制造“跨越两个箱子的神秘猫态”走向实用量子计算时代（新浪科技配图）

新华社从华盛顿发回报道（记者：林小春）——在世界的众多猫咪中，最富有神秘色彩、最令人难以捉摸的莫过于那只既死又活的“薛定谔猫”。一期美国《科学》杂志报道，科学家们已成功制造出一种更为奇异的“薛定谔猫态”，它存在于两个箱子之中，这一重大成果标志着我们在研制实用可靠的量子计算机方面迈出了重要的一步。

量子力学，这一描述微观世界运行规律的理论，有着许多令人难以置信的奇特现象。而其中，物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的状况被称为有效的相干叠加态。那么，由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循这一神秘的叠加原理呢？奥地利物理学家薛定谔于1935年提出了著名的“薛定谔猫”假说以这一问题。

“薛定谔猫”假设了一个令人震惊的场景：将一只猫置于一个装有镭和的密闭容器内。如果镭发生衰变，将触发机关释放，导致猫的死亡；反之，猫则存活。根据量子力学理论，由于镭的衰变存在几率，因此猫就理应处于死和活的叠加状态。这就是所谓的“薛定谔猫”。

尽管在现实中，一只既死又活的猫显然是无法理解的，但随着量子力学的深入发展，科学家们已经成功制造出多粒子系统的量子“薛定谔猫”态。这些粒子都属于同一种粒子，因此被称为单模式猫态。而此次《科学》杂志发表的新研究首次引入了量子纠缠的概念。量子纠缠是量子力学的另一大奇观，指的是相隔很远的两个系统可以瞬间互相影响。

论文第一作者、美国耶鲁大学博士后王晨向新华社记者介绍道：“我们产生的量子态可以比作一只‘薛定谔猫’跨越两个箱子，实现了一种双模式猫态。这是一个长期困扰我们、如今终于得以解决的难题。”具体来说，他们设计了两个微波超导空腔，而所谓的“薛定谔猫”就是空腔内由几十个光子组成的驻波。虽然这两个空腔内的光子频率不同，但它们却像跨越了两个箱子的“薛定谔猫”一样存在着关联。这种奇特的量子状态在实际应用方面有望为量子计算注入新的活力。未来的量子计算机可能会比现有的计算机更强大，但要实现这一目标，量子纠错能力是关键。双模式猫态有望为量子计算过程提供量子纠错功能，并可能对其他量子信息技术如量子通信和量子精密测量提供帮助。这一重大突破标志着我们在实用可靠的量子计算时代迈出了重要的一步。