可应用于高容错量子计算机及精密测量装备制造

　　据新华社电 美国科学家最近宣布，他们成功让6个铍离子系统实现了自旋方向完全相反的宏观量子叠加态，也就是量子力学理论中的“薛定谔猫”态。

　　美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《自然》杂志上称，他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态。实验中，研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中，然后用激光使铍离子冷却到接近绝对零度，并分三步操纵这些离子的运动。为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态，研究人员一方面提高激光的冷却效率，另一方面使电磁场阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。最终，他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋，实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠。

　　科学家称，“薛定谔猫”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。

　　-延伸阅读

　　“薛定谔猫”佯谬

　　根据量子力学理论，物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的奇特状况，这被称为有效的相干叠加态。由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循量子叠加原理？奥地利物理学家薛定谔为此在1935年提出著名的“薛定谔猫”佯谬。

　　“薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况：将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。

　　根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

　　“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来。如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间，已成为实验物理学的一大挑战。

　　新华网伦敦12月8日电 (记者 曹丽君) 美国的两个研究小组最近分别利用类似的方法，实现了原子和光子之间的量子态隐形传输，此项关键的技术突破将为建造“坚不可摧”的全球通信网络和运算速度惊人的量子计算机奠定基础。两个小组的研究报告同时登载在8日出版的最新一期《自然》杂志上。

　　所谓量子态是指原子、中子、质子等粒子的状态，它可表征粒子的能量、旋转、运动、磁场以及其他的物理特性。1993年，美国物理学家贝尼特等人提出了“量子态隐形传输”的方案：将原粒子物理特性的信息发向远处的另一个粒子，该粒子在接收到这些信息后，会成为原粒子的复制品。而在此过程中，传输的是原粒子的量子态，而不是原粒子本身。传输结束后，原粒子已经不具备原来的量子态，而有了新的量子态。去年6月，美国和奥地利的科学家曾实现了原子间的量子态隐形传输。

　　此次，美国哈佛大学和佐治亚技术研究所的科学家对更复杂的原子和光子间量子态隐形传输进行了尝试，并获得了成功。研究中，他们分别利用一束强激光轰击一团铷原子，生成了具备这团铷原子量子态的单个光子。随后，科学家将该光子传送过100米长的光缆，又生成了携带同样量子态的另一团铷原子，实现了原子与光子间的量子态隐形传输。哈佛大学的研究人员指出，实验中最复杂的任务是将单个光子从激光中分离出来，他们利用了晶体，根据光子的极性、反射率和吸收率实现了这一点。

　　量子计算机是遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的装置，其基本信息单位是量子比特。目前，携带量子比特的光子在光缆中传播几十公里后就会衰竭，无法进行长距离传送。哈佛大学的研究人员说，此项新技术可以完成量子比特的连续存储，实现光子的再传输，因此有助于建立长距离的光量子通信，同时还将有效保护网络的私密。[完]