日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)、陳明城等人組成的研究團(tuán)隊(duì)，利用光鑷囚禁的量子基態(tài)單原子，首次完整地實(shí)現(xiàn)了1927年愛因斯坦和玻爾爭(zhēng)論中提出的“反沖狹縫”量子干涉思想實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)到了原子動(dòng)量可調(diào)諧的干涉對(duì)比度漸進(jìn)變化過(guò)程，證明了海森堡極限下的互補(bǔ)性原理，并展示了從量子到經(jīng)典的連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程。相關(guān)成果近日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

在1927年的第五屆索爾維會(huì)議上，愛因斯坦為挑戰(zhàn)玻爾提出的互補(bǔ)性原理，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)讓單光子通過(guò)一個(gè)可移動(dòng)的狹縫。愛因斯坦認(rèn)為，單光子會(huì)給狹縫一個(gè)極微弱的反沖動(dòng)量，若能測(cè)出這一反沖即可知道光子的路徑，而只要狹縫位置足夠精確，干涉條紋仍可保留。這一思想實(shí)驗(yàn)被視為量子力學(xué)最深刻的悖論之一。過(guò)去近百年，由于技術(shù)條件等限制，這一巧妙的思想實(shí)驗(yàn)仍停留在“思想”層面。

據(jù)悉，在本次研究工作中，研究團(tuán)隊(duì)在量子極限條件下實(shí)現(xiàn)了最靈敏的“可移動(dòng)狹縫”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著光鑷阱深增強(qiáng)，原子受到的空間限制更強(qiáng)，根據(jù)海森堡不確定性原理，其基態(tài)動(dòng)量波函數(shù)將更寬。所以經(jīng)過(guò)光子反沖后，原子動(dòng)量波函數(shù)的重疊度增加，導(dǎo)致光子與原子間的糾纏度降低，從而使得光子干涉對(duì)比度提高。此外，在實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉對(duì)比度下降，部分是由原子加熱（經(jīng)典噪聲）引起。研究團(tuán)隊(duì)校準(zhǔn)和去除這一經(jīng)典噪聲影響后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與原子處于完美基態(tài)（量子極限）時(shí)的光子干涉對(duì)比度高度吻合。研究團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)控原子平均聲子數(shù)，觀察到由聲子數(shù)增多引起的干涉對(duì)比度的下降，展現(xiàn)了系統(tǒng)從量子到經(jīng)典的過(guò)渡。

研究團(tuán)隊(duì)告訴記者，該研究工作在愛因斯坦和玻爾關(guān)于量子基礎(chǔ)的爭(zhēng)論近百年之后，首次利用基態(tài)單原子作為對(duì)單光子動(dòng)量敏感的“可移動(dòng)狹縫”，不僅在量子極限層面實(shí)現(xiàn)了愛因斯坦思想實(shí)驗(yàn)，而且發(fā)展了高精度單原子操控、單原子-單光子糾纏和干涉等精密量子技術(shù)，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模中性原子陣列、壓縮態(tài)糾錯(cuò)編碼，以及進(jìn)一步探索消相干和量子到經(jīng)典過(guò)渡等基礎(chǔ)問題奠定了基礎(chǔ)。（記者常河、丁一鳴）

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