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新華社合肥12月3日電（記者戴威）記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽、陳明城等人組成的研究團隊，利用光鑷囚禁的量子基態單原子，首次完整地實現了1927年愛因斯坦和玻爾爭論中提出的“反沖狹縫”量子干涉思想實驗，觀測到了原子動量可調諧的干涉對比度漸進變化過程，證明了海森堡極限下的互補性原理，并展示了從量子到經典的連續轉變過程。相關成果于12月3日發表于國際學術期刊《物理評論快報》。 在第五屆索爾維會議上，愛因斯坦為挑戰玻爾提出的互補性原理，在雙縫干涉實驗中，設計讓單光子通過一個可移動的狹縫。愛因斯坦認為，單光子會給狹縫一個極微弱的反沖動量，若能測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。這一思想實驗被視為量子力學最深刻的悖論之一。 實現這一思想實驗的關鍵在于測量有效的反沖信號，這就要求狹縫的動量不確定度要小于光子的沖擊動量。然而，由于單光子的動量反沖非常微弱，遠小于宏觀物體的動量不確定度。所以，這一巧妙的思想實驗在過去近百年仍停留在“思想”層面。 據了解，在本次研究工作中，研究團隊在量子極限條件下實現了最靈敏的“可移動狹縫”：利用光鑷囚禁的單個銣原子作為“可移動狹縫”，使用拉曼邊帶冷卻技術將原子制備至三維運動基態，使其動量不確定性下降至與單光子動量相當的水平。同時，實驗可通過靈活地調節光鑷囚禁勢阱深度，來改變原子狹縫的動量不確定度。 實驗結果表明，經過光子反沖后，原子動量波函數的重疊度增加，導致光子與原子間的糾纏度降低，從而使得光子干涉對比度提高。此外，在實驗中觀察到的干涉對比度下降，部分由原子加熱引起。研究團隊通過校準和去除這一經典噪聲影響后，實驗數據與原子處于完美基態時的光子干涉對比度高度吻合。 研究人員表示，此次研究工作在愛因斯坦和玻爾關于量子基礎的爭論近百年之后，首次利用基態單原子作為對單光子動量敏感的“可移動狹縫”，不僅在量子極限層面實現了愛因斯坦思想實驗，而且發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，為未來實現大規模中性原子陣列、壓縮態糾錯編碼、以及進一步探索消相干和量子到經典過渡等基礎問題奠定基礎。 |
