薛定谔的猫变大了：科学家实现迄今最大的量子叠加态

大型物体（包括猫）不会表现出量子效应，但物理学家不确定这一尺寸界限在哪里。

薛定谔的猫“长胖”了一点。物理学家创造了有史以来最大的“叠加态”——一种物体同时存在于多种可能位置模糊状态的量子态。

维也纳大学的一个团队将单个约含7000个钠原子、宽约8纳米的团簇置于不同位置的叠加态，每个位置间隔133纳米。这些“大块头”团簇没有像台球一样直线穿过实验装置，而是表现得像波一样，扩散成空间上不同路径的叠加态，然后相互干涉形成研究人员可探测的图案。

“这是一个了不起的结果，”柏林弗里茨·哈伯研究所的物理学家桑德拉·艾本伯格-阿里亚斯说。

她解释道，量子理论并未对叠加态的大小设限，但日常物体显然不会表现出量子行为。这项实验——将与蛋白质或小型病毒颗粒质量相当的物体置于叠加态——正帮助回答“量子世界与经典世界之间是否存在过渡”这一“重大且近乎哲学的问题”。作者们“表明，至少对于这种尺寸的团簇，量子力学仍然适用”。

英国布里斯托尔大学的量子物理学家朱莉娅·鲁比诺说，1月21日发表在《自然》杂志上的这项实验也具有实际意义。量子计算机最终需要维持数百万个物体处于大型量子态才能进行有用的计算。如果自然界会使系统在超过某一临界点后坍缩，且该尺度小于制造量子计算机所需的尺度，“那问题就大了”。

物理学家长期争论经典的日常世界如何从潜在的量子世界中产生。维也纳大学的物理学家、该研究的合著者塞巴斯蒂安·佩达利诺说，量子理论“从未说过它在超过一定质量或尺寸后就失效”。

1935年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔通过其著名的“薛定谔的猫”思想实验，揭示了对量子力学常见解释的荒谬之处。实验中，猫被放进一个装有毒药瓶的盒子里，如果放射性原子衰变，毒药就会释放。如果盒子与环境隔绝，原子就处于衰变和未衰变的叠加态，在被观测前，猫处于既死又活的未定义状态。

在现实世界中，物体最终会因过于复杂或相互作用过多而无法维持叠加态，这一观点被称为“退相干”。但量子力学也有一些扩展理论，即“坍缩理论”，该理论认为，超过某一临界点后，即使在孤立状态下，系统也不可避免地会退化为经典状态。在2025年《自然》杂志的一项调查中，4%的研究人员将这些理论选为他们最喜欢的量子力学解释。鲁比诺说：“回答这个问题的唯一方法是扩大量子实验的规模。”

为进行这项实验，佩达利诺和他的团队在超高真空环境中，于77开尔文（-196℃）下生成了一束团簇。研究人员让这束团簇通过一个由三道光栅组成的干涉仪，这些光栅由激光束构建而成。第一个光栅引导团簇穿过狭窄的缝隙，团簇从缝隙中扩散出来，像波一样同步传播；然后它们穿过第二组狭缝，使波发生独特的干涉，形成可通过最后一个光栅探测到的图案。