熱薛丁格貓態實驗成功，量子疊加突破低溫限制
在量子物理的經典「薛丁格貓」思想實驗中，一隻貓可以同時處於生與死的重疊狀態，象徵宏觀世界與量子疊加現象的衝突。這種「貓態」在實驗上多半需將系統冷卻至基態以排除熱擾動。然而，奧地利因斯布魯克大學的研究團隊近日成功挑戰這一限制，在高達 1.8 K 的熱環境中製備出「熱薛丁格貓態」（hot Schrödinger cat states），顛覆了傳統對熱與量子干涉關係的認知。
這項研究發表於《Science Advances》，由 Gerhard Kirchmair 博士領銜，團隊運用一個超導微波共振腔中的 transmon 量子位元，在非基態條件下產生量子疊加態。傳統認為高溫會破壞量子干涉，因此量子實驗多在接近絕對零度的極低溫進行。然而本研究證實，即使在高溫下仍可實現顯著的量子干涉效應。
「薛丁格當初設定的是一隻活的貓，也就是熱的系統，」Kirchmair 表示，「我們想知道是否能從非基態啟動，也製造出量子疊加態。」
量子干涉並非只存在理想冷卻條件
研究團隊使用兩種改良自先前低溫實驗的協議（protocols），成功在高溫下產生「貓態」。實驗證實，即便量子系統處於高度混合態（highly mixed states），仍可展現出經典與量子之間的顯著界線與干涉行為。
「我們的結果顯示，量子干涉並非只能存在於理想冷卻條件下，」共同作者 Oriol Romero-Isart 教授指出，「這對於開發奈米機械振盪器等難以實現基態的量子系統具有重大啟示。」
除了對量子基礎理論的深化外，這項發現對於量子運算、量子感測等技術的實用化也提供全新可能性。「只要能正確設計量子相互作用，即使溫度較高，系統仍可展現出量子性，」Kirchmair 強調。
本研究挑戰了過去「高溫摧毀量子態」的教條，為未來在更寬鬆條件下操控與應用量子疊加態開啟新路。
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首圖來源：University of Innsbruck (CC BY 4.0)
圖片來源：Science Advances (CC BY 4.0)
參考論文：
Hot Schrödinger cat statesScience Advances
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