新实验用超冷原子成功产生大质量薛丁格猫态，挑战量子穿隧极限
“叠加态”是量子力学核心概念，指粒子在被测量或观察前可同时存于多个状态或位置，只是粒子质量越大越难维持叠加态，过去实验几乎无法实现多粒子系统量子叠加。现在，科学家成功利用超冷原子产生大质量薛丁格猫态，为宏观系统量子穿隧效应、开发高精度量子感测器或测量工具开辟全新可能性。
在量子力学中，量子叠加是“结果”，而量子穿隧效应是产生叠加的“过程”，两者研究痛点在于量子穿隧效应通常只发生在极轻粒子（如电子），随著粒子质量越大，穿隧机率就会急剧下降，因此叠加态也越难维持。
而量子力学根本问题之一，就是量子叠加能大到什么程度？宏观物体（我们看得到的东西）是否能进入叠加态？理清这些问题能进一步为量子感测、量子运算、量子干涉发展提供新技术路径，尤其是需要高精度测量的场景。
最近，中国南方科技大学团队成功利用超冷原子产生大质量薛丁格猫态（Schrödingercatstates），是目前少数能在较大质量系统实现量子穿隧与空间量子叠加的实验，挑战传统量子力学“穿隧机率随质量指数下降”认知，并推动当前技术能制造的叠加态质量上限。
大质量系统稳定实现量子叠加
具体来说，团队有别以往将粒子紧密束缚在一起的方法，而是将原子团设计成键结较弱的状态（远低于能障高度），避免物质波包因粒子数增加而急剧缩小，接著利用相互作用控制高阶隧穿过程（实验最高达七阶），将穿隧强度接近单一原子穿隧强度。
新方法让研究人员能以惊人精度控制超冷原子，最终产生大质量薛丁格猫态，同时观察到长寿命强相互作用态、多体相互作用等意外量子现象。
原则上，新方法还能应用在约100个原子组成的更大系统，而较大粒子数系统可用于探测重力、其他与质量直接耦合的微弱作用力。
团队下一步是将系统规模从目前少数粒子扩展至数百个粒子，甚至挑战包含10⁵个原子的玻色–爱因斯坦凝聚态，这将为量子穿隧、量子纠缠、量子增强感测等领域开启新研究方向。
新论文发表在《自然物理学》（NaturePhysics）期刊。
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