[爆卦] 中國科學家讓薛丁格的貓活了23分鐘

https://arxiv.org/pdf/2410.09331v1

當我們打開盒子觀察貓的狀態時，量子疊加態會坍縮，貓的狀態從既是死又是活的狀態變為確定的死是活。此過程被稱為波函數坍縮。

中科大少年班學院院長盧徵天教授、合肥國家實驗室研究員夏添發表在《自然·光子學》的研究中宣布他們讓原子量子疊加態保持了23分鐘的新紀錄。

研究團隊用波長為1036nm、功率為16W的線性偏振光晶格雷射光束（束腰為20μm），在
魔術波長上捕獲了大約 10000個Yb原子。原子首先在鄰近腔室的磁光阱中被預冷並加載，隨後通過移動光學偶極阱沿x軸方向輸送到測量室。

實驗裝置被四層磁屏蔽所保護，內置cos(θ)線圈在z方向上產生一個穩定均勻的1.24μT
磁場，以最小化外部磁場干擾。

他們使用與1S0(F=5/2)→1P1(F′=5/2)能階躍遷共振的σ+偏振泵浦雷射脈衝，將原子初始
化到|F, F>拉伸態。接著用離共振的σ偏振控制雷射光束，沿x軸方向傳播，透過調節非線性交互作用（張量交流斯塔克位移）誘導自旋旋轉。然後用與1S0(F=5/2)→3P1(F′=7/2)
能階躍遷共振的σ+偏振探測光束測量|F, F>中的歸一化布居數，利用光學晶格引入的差分張量光移位進行狀態選擇性測量。

他們成功製備出了Yb原子的薛丁格貓態，該狀態是具有自旋量子數5/2的原子核自旋投影態m=+5/2和m=/2的量子疊加。這個貓態被保護在無退相干子空間中，對光晶格產生的非均勻張量光移具有免疫力。這是因為光晶格的哈密頓量HP貓態密度矩陣ρcat和Ho都對易因此避免了光場帶來的退相干。這使得貓態實現了23分鐘的相干時間，研究人員指出:透過改善真空條件，貓態的壽命有望進一步延長以匹配其相干時間 ，同時還可以藉助自旋回波技術來進一步減少退相干效應。此研究也實現了0.12(1)nT的磁場測量靈敏度，比標準量子極限0.22nT提高了約1.8倍，接近海森堡極限（HL）的0.10nT。

此研究可用於發展量子記憶體，並為量子運算中的錯誤修正提供必要的冗餘度。此外這項工作也為尋找自旋感測器提供了新的可能性。這個接近海森堡極限磁場測量靈敏度的貓態不僅可用於高精度磁場測量，還可應用於尋找永久電偶極矩、檢驗洛倫茲不變性，以及探索超出標準模型的新物理現象。

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