量子科技新突破：科學家創造出長壽命的薛丁格貓態

中國科學技術大學（USTC）的研究團隊成功創造出一種壽命長達數分鐘的量子態，這項突破性進展大幅提升了量子計量學和精密測量的靈敏度。這項研究由盧正天教授和夏添研究員領導，其成果已發表在國際頂尖期刊《自然光子學》上，為量子計算和基礎物理學開闢了新的可能性。

在量子計量學中，粒子自旋是測量磁場、慣性及各種物理現象的強大工具，同時也具有揭示超越標準模型的新物理學的潛力。高自旋的薛丁格貓態，即兩個極端相反自旋態的疊加態，為精密自旋測量提供了獨特優勢。高自旋量子數增強了進動頻率訊號，從而提高了測量解析度。此外，貓態對某些環境幹擾具有抵抗力，能夠有效降低測量噪聲。然而，實驗應用中的關鍵挑戰在於維持長時間的相干性，這對於貓態在精密測量中的實際應用至關重要。

為解決這一難題，研究團隊首先將自旋為5/2的¹⁷³Yb原子捕獲在光學晶格中。透過控制雷射脈衝誘導原子基態的非線性光位移，他們成功製備了由+5/2和-5/2兩個自旋投影組成的疊加態，即薛丁格貓態。這種狀態不僅增強了磁場靈敏度，還因處於退相干自由子空間而對晶格的光強噪聲和空間變化具有免疫性。

實驗結果顯示，這種貓態的相干時間超過了20分鐘。研究人員利用拉姆齊干涉法證實，其相位測量靈敏度接近海森堡極限。這項長壽命的薛丁格貓態為原子磁力計、量子計算以及探索超越標準模型的新物理學開闢了新途徑。

參考文獻：Y. A. Yang, W.-T. Luo, J.-L. Zhang, S.-Z. Wang, Chang-Ling Zou, T. Xia and Z.-T. Lu, Minute-scale Schrödinger-cat state of spin-5/2 atoms, Nature Photonics, 32 October 2024. DOI: 10.1038/s41566-024-01555-3