歐洲核子研究中心打造全球首個反質子量子位元 揭開宇宙物質奧秘

歐洲核子研究中心(CERN)的反物質工廠近期取得重大突破，科學家成功創造出全球首個反質子量子位元(qubit)。這項創舉將為解開「宇宙為何主要由物質而非反物質構成」這個困擾物理學界數十年的謎題，開啟全新的研究途徑。

在自然界中，質子是構成所有原子的基本粒子，而反質子則是在實驗室中人工製造、帶有相反電荷的對應粒子。令人困惑的是，宇宙中幾乎找不到反物質的蹤跡，這個現象至今仍是未解之謎。CERN的BASE實驗團隊與其他反物質研究計畫，正試圖找出其中的關鍵原因。

研究團隊提出一種可能性：在宇宙大爆炸後的瞬間，質子與反質子之間可能存在某些未被發現的差異，導致物質最終在宇宙中佔據主導地位。為驗證這個假說，科學家決定運用量子電腦的研究方法來探究這個問題。

量子運算被視為資訊科技的下一個重大突破。傳統電腦使用0與1的位元進行運算，而量子電腦則採用量子位元，這些量子位元可以同時處於0和1的疊加狀態。當數百萬個量子位元協同工作時，將產生遠超現今最強超級電腦的運算能力。

雖然目前全球已有量子電腦問世，但都尚未充分發揮其潛能。維持量子位元的穩定運作極具挑戰性，而相關研究正好可以用來比較反質子與質子的特性差異。在最新實驗中，研究團隊成功讓反質子量子位元維持了50秒的穩定狀態(即自旋相干時間)，並利用這段時間進行相干光譜分析，精確測量反質子的磁矩。

BASE計畫發言人Stefan Ulmer教授表示：「這是首個反物質量子位元，為我們在精密實驗中對單一物質與反物質系統應用全套相干光譜方法開闢了新途徑。最重要的是，這項技術將幫助BASE在未來的實驗中，將反質子磁矩測量精度提高10至100倍。」

為進行更精密的研究，團隊計劃將反物質樣本從CERN繁忙的加速器大廳轉移至德國實驗室。Ulmer教授解釋：「我們估算過，若在加速器運轉時進行測量，每項實驗可能需要長達七年時間。因此建立專用實驗場地至關重要。」

雖然目前尚無法預見反質子量子位元的具體應用前景，但量子物理研究往往會帶來意想不到的突破。這項研究成果已發表於《自然》期刊，為基礎物理研究開創了嶄新的可能性。