中国科大成功实现最大的“薛定谔猫”态

据从中国科学技术大学获悉，该校微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部成功制备出超纠缠光子“薛定谔猫”态，纠缠量子比特数目最高达到10个，刷新了纠缠态制备的世界记录。

量子力学的奠基人之一薛定谔在1935年提出著名的“薛定谔猫”佯谬：将一只猫关在装有少量放射性原子和毒药的密闭容器里。放射性原子的衰变存在几率，如果发生衰变，会触发机关打碎装有毒药的瓶子，猫就会死；如果不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性原子处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

尽管“薛定谔猫”态在宏观世界并不存在，但在微观量子世界中，科学家可以用光子或原子等制造这样的状态。两个和两个以上量子比特的“猫态”就是纠缠态。

据该研究小组陈增兵教授介绍，量子纠缠是研制具有超级计算能力的量子计算机和绝对保密的量子通讯的基础。2004年，中国科大在国际上首次成功实现5光子纠缠的操纵。2005年底，美国和奥地利的研究人员宣布实现6个和8个离子的纠缠态，并且一直保持着这个记录。

中国科大潘建伟、陈增兵、彭承志等研究人员发现，光子具有多种量子自由度，每个量子自由度在合适的条件下都有可能当作一个量子比特，理论上这些不同的自由度之间也可以形成纠缠，即所谓的“超纠缠”——某个光子的两个自由度可以同时与另外某个光子的两个自由度纠缠起来，从而可以把一个光子当成两个量子比特用。实验小组根据这一发现开展研究，实现了由5个光子极化状态和空间状态相干叠加形成的10个量子比特“薛定谔猫”态。

该成果发表在今年5月出版的《自然·物理》上。审稿人认为，这是一个“实验杰作，在光学量子计算和量子度量学方面有着重要的意义”。

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