微觀世界遵循量子物理學(xué)規(guī)律，“薛定諤貓”則是量子力學(xué)神奇特性的一個經(jīng)典例子。而量子規(guī)律從微觀過渡到宏觀的界線到底在哪里？近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項研究做出了新突破。

薛定諤貓（Schr?dinger’s Cat）思想實驗是這樣的：將一只貓、一個放射性原子和一瓶劇毒毒藥放在一個盒子里，然后蓋上蓋子封閉盒子。在某個時候，那個原子會衰變，觸發(fā)一種機制，打破毒藥瓶導(dǎo)致貓死亡。因為你不知道那個原子什么時候會衰變，所以在任何特定的時刻，小瓶都可能破碎或完整——貓可能同時是活的或死的。所以在某種程度上，在你打開盒子之前，這只貓既是活的又是死的。

現(xiàn)實世界中，一只貓顯然不可能既是活的又是死的。一個生物不可能像那樣同時存在于兩種狀態(tài)中。但量子粒子的運行規(guī)則與貓不同，如果你在特殊條件下處理足夠小的物體，它確實可以同時存在于兩種狀態(tài)。不是像貓那樣的方式，而是以“實際上同時處于兩種狀態(tài)”的方式。

這種同時處于兩種狀態(tài)的令人費解的能力被稱為“疊加”（superposition），這在量子世界中并不少見。然而，不常見的是：相當(dāng)大的東西也能夠保持疊加狀態(tài)?，F(xiàn)在的問題是：當(dāng)物體達到什么大小時，量子力學(xué)的這種疊加態(tài)就不再適用了呢？

而這正是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）一組研究人員設(shè)法實現(xiàn)的——“迄今為止最‘胖’的量子貓”。研究人員4月20日在《科學(xué)》（Science）雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

該團隊并沒有完全了解貓的大小或貓的生物學(xué)特性?！爱?dāng)然，在實驗室里，我們無法用幾公斤重的真實貓來進行這樣的實驗”，該項目的首席研究員朱一文（Yiwen Chu，音譯）在一份新聞稿中說。但她的團隊確實實現(xiàn)了16微克的重量。這聽起來可能不是很多，但考慮到大多數(shù)“量子貓”都是單個原子或分子的大小，16微克還是相當(dāng)大的重量。

實驗包含三個組成部分：“貓”、一個量子比特（Qubit）以及連接兩者的材料?！柏垺笔怯梢环N叫做振蕩晶體（oscillating crystal）的東西制成的，這種晶體可以在兩種狀態(tài)之間來回切換，并隨之改變形狀。

量子比特是疊加發(fā)揮作用的地方。與一次只能處于一種狀態(tài)（開或關(guān)、1或0）的標準二進制位不同，量子位可以同時處于這兩種狀態(tài)的組合態(tài)，從而實現(xiàn)疊加。同時，它還會產(chǎn)生電場。

最后，當(dāng)振蕩晶體改變形狀把“貓”連接到量子比特時，連接后的材料會產(chǎn)生分離的電場。而當(dāng)這種電場與量子比特相互作用時，就能將同時疊加1和0的狀態(tài)轉(zhuǎn)移回“貓”，使其處于既“活著”又“死了”的狀態(tài)。一旦團隊能夠驗證“貓”同時處于明顯的兩種狀態(tài)，那實驗就成功了。

這個實驗的全部意義在于突破“量子貓”大小的界限，理解為什么當(dāng)“量子貓”大到一定尺寸時就失去了同時處于兩種狀態(tài)的能力?！斑@很有趣，因為它讓我們更好地理解量子效應(yīng)在宏觀世界中消失的原因”，朱一文在新聞發(fā)布會上說。該研究還對量子計算領(lǐng)域中制造更可靠的量子比特產(chǎn)生影響，從而使量子計算不完全基于單個原子或分子。

也許有一天我們會知道為什么真正的貓與量子貓的行為方式不同，但在那之前，這將是量子領(lǐng)域的另一個謎團。