我國科學家讓“薛定谔的貓”活了20多分鐘！
摘要:
長壽命薛定谔貓态助力量子精密測量研究背景與意義近日，中國科學技術大學與合肥國家實驗室的研究團隊合作，利用激光冷原子技術成功制備了基于自旋的薛定谔貓态，其壽命長達分鐘級别。這項成果不僅提升了對自旋進動相位的測量靈敏度，還為量子精密測量領域帶來了新的突破。相關研究成果已于11月1日發表在《自然-光子學》期刊上。
長壽命薛定谔貓态助力量子精密測量
研究背景與意義
近日，中國科學技術大學與合肥國家實驗室的研究團隊合作，利用激光冷原子技術成功制備了基于自旋的薛定谔貓态，其壽命長達分鐘級别。這項成果不僅提升了對自旋進動相位的測量靈敏度，還為量子精密測量領域帶來了新的突破。相關研究成果已于11月1日發表在《自然-光子學》期刊上。
薛定谔貓态的優勢
在量子精密測量中，自旋進動是探測磁場、慣性等多種物理現象的重要工具，同時也是探索超越标準模型新物理的有效手段。高自旋薛定谔貓态在自旋進動測量中具有顯著優勢：一方面，高自旋量子數放大了進動頻率信号；另一方面，貓态對環境幹擾因素不敏感，有效降低了測量噪聲。然而，制備和維持這種貓态面臨着兩大技術挑戰：一是如何在高維量子空間中實現高效的幺正變換；二是如何保持長時間的量子相幹性。
實驗方法與成果
研究團隊通過光晶格囚禁自旋為5/2的镱-173原子，并利用激光脈沖誘導非線性光頻移，成功制備了由自旋投影為+5/2與-5/2兩個态組成的疊加态，即薛定谔貓态。由于這兩個态的磁量子數相距最遠，因此其疊加态具有增強的磁場靈敏性。此外，這些态在光晶格中感受到完全相同的光頻移，處于“無消相幹子空間”，對光晶格的強度噪聲和光斑形貌變化具有天然的免疫性。
實驗結果與應用前景
實驗結果顯示，該薛定谔貓态的相幹時間突破了20分鐘，通過Ramsey幹涉測量法驗證了接近海森堡極限的相位測量靈敏度。這一長壽命的薛定谔貓态不僅為原子磁力計和量子信息糾錯提供了新的可能性，也為探索新物理現象開辟了新路徑。
總之，這一研究成果為量子精密測量領域的發展注入了新的活力，有望在未來推動更多創新應用的實現。
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