科技日報訊 （記者常麗君）量子力學中的「薛丁格貓」已廣為人知，「量子柴郡貓」的概念還比較新。柴郡貓是科幻小說《愛麗絲漫遊奇境》中一隻會露齒微笑的貓：它會消失，卻留下笑容。一個物體會和它的屬性分離嗎？奧地利維也納技術大學領導的一項國際研究實驗證明，中子能和它的自旋分別處在不同位置，物體與其屬性分離的現象在量子世界裡是可能的。
該實驗在法國格勒諾布爾的勞厄-朗之萬研究所（ILL）的中子源上進行，顯示中子移動的路徑與它的磁矩路徑不同。
中子不帶電荷，但由於中子自旋而有磁矩和磁向，會受外部磁場的影響。按照量子力學法則，粒子可以同時處於不同物理狀態。比如用矽晶體把一束中子分為兩束，其中每一束無需選擇它們要走哪條路，它們能同時走兩條路。「這種實驗技術稱為中子幹涉測量法，是一種研究量子力學的理想工具。」維也納技術大學教授長谷川佑司（音譯）說。據每日科學網站7月30日（北京時間）報導，在實驗中，中子束先在中子幹涉儀中被分裂為兩部分，然後兩束中子的自旋變成不同方向：上面中子束的自旋方向與自身運動軌跡方向相同，下面中子束自旋方向則與之相反。在兩束中子重新合併後，就只選擇自旋方向與自身運動方向相同的中子，而忽略其他的。「這叫做後選擇。」維也納技術大學的赫爾曼·格佩特說，「中子束中包含了兩個自旋方向，但我們只分析一個方向的。」
為了查看該技術能否把粒子性質和粒子本身分離開來，長谷川佑司小組與法國國家科學研究院、美國查普曼大學和勞厄-朗之萬研究所科學家共同開發了一種全新的量子實驗。
「我們先讓中子處於一種特定初始狀態，然後選擇另一種狀態，就能在幹涉儀中檢測到兩條路徑。」維也納技術大學的託比厄斯·丹克梅爾說，「在其中一條路徑上，粒子本身與我們的檢測設備結合，而另一條路徑，卻顯出對磁自旋耦合的敏感。系統的表現就好像粒子本身在空間上與它的屬性分離了。」
研究人員指出，這種違背直覺的效果對以量子幹涉為基礎的高精檢測有重要意義。維也納技術大學的史蒂芬·斯伯納說：「當量子系統有一個你想檢測的屬性，而另一個屬性會給系統增加幹擾，可以用這種"量子柴郡貓"把二者分開，就可能把幹擾減到最小。」
「量子柴郡貓」的概念首先由美國查普曼大學教授傑夫·託勒克森和雅克·艾哈羅諾夫共同提出，並於去年發表了實驗提案。現在的檢測是對這一現象的首個實驗證據。
總編輯圈點
使用柴郡貓的比喻是對「薛丁格貓」的致敬，如果放到人身上，如同觀測到了靈魂出竅。本研究不但驗證了柴郡貓理論，同時將我們認識和觀察宇宙的尺度放大，並提供了無限的想像空間，就像科幻小說《三體》裡描繪的量子士兵一樣。雖然「量子柴郡貓」僅對中子來說被觀測到，但應有可能在其他物理體系中對其進行驗證。在短期內，這種弱測量的方法雖然很難幫助人類去開拓宇宙，但卻為提升高精度量子計算和量子通信的精度提供了好方法。
（責任編輯： HN666）