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薛定谔猫的薛定谔猫态
美国科学家宣布，他们成功让6个铍离子系统实现了自旋方向完全相反的宏观量子叠加态，也就是量子力学理论中的“薛定谔猫”态。
根据量子力学理论，物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的奇特状况，这被称为有效的相干叠加态。
由大量微观粒子组成的宏观世界是否也遵循量子叠加原理？奥地利物理学家薛定谔为此在1935年提出著名的“薛定谔猫”佯谬。
“薛定谔猫”佯谬假设了这样一种情况：将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。
镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。
根据量子力学理论，由于放射性的镭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”。
显然，既死又活的猫是荒谬的。
薛定谔想要借此阐述的物理问题是：宏观世界是否也遵从适用于微观尺度的量子叠加原理。
“薛定谔猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来，旨在否定宏观世界存在量子叠加态。
然而随着量子力学的发展，科学家已先后通过各种方案获得了宏观量子叠加态。
此前，科学家最多使4个离子或5个光子达到“薛定谔猫”态。
但如何使更多粒子构成的系统达到这种状态并保存更长时间，已成为实验物理学的一大挑战。
美国国家标准和技术研究所的莱布弗里特等人在最新一期《自然》杂志上称，他们已实现拥有粒子较多而且持续时间最长的“薛定谔猫”态。
实验中，研究人员将铍离子每隔若干微米“固定”在电磁场阱中，然后用激光使铍离子冷却到接近绝对零度，并分三步操纵这些离子的运动。
为了让尽可能多的粒子在尽可能长的时间里实现“薛定谔猫”态，研究人员一方面提高激光的冷却效率，另一方面使电磁场阱尽可能多地吸收离子振动发出的热量。
最终，他们使6个铍离子在50微秒内同时顺时针自旋和逆时针自旋，实现了两种相反量子态的等量叠加纠缠，也就是“薛定谔猫”态。
奥地利因斯布鲁克大学的研究人员也在同期《自然》杂志上报告说，他们在8个离子的系统中实现了“薛定谔猫”态，维持时间稍短。
科学家称，“薛定谔猫”态不仅具有理论研究意义，也有实际应用的潜力。
比如，多粒子的“薛定谔猫”态系统可以作为未来高容错量子计算机的核心部件，也可以用来制造极其灵敏的传感器以及原子钟、干涉仪等精密测量装备。
什么是叠加态？
叠加态是量子力学中的一个重要概念。
在量子力学中，一个粒子或系统可以存在于多个状态之中，这些状态是叠加的。
叠加态描述的是粒子或系统可以同时处于多个状态叠加形成的总体状态。
每一个单一状态都是该系统的一个本征态。
在传统的经典物理世界观的尺度上，一个物体只能处于一个确定的状态，而在微观世界中，物体的状态是不确定的，以一定的概率存在于不同的状态之间。
叠加态是对这种微观世界状态的数学描述。
通过波函数来描述这些状态，波函数中的每个值对应着系统处于某一特定状态的概率振幅。
叠加态就是这些不同状态的概率振幅的叠加组合。
当我们谈论一个粒子的叠加态时，例如一个电子的自旋状态，这个电子可以同时处于自旋向上和自旋向下的状态之中，处于这两种状态的混合叠加状态就是其叠加态。
只有当我们对这个系统进行测量或者观察时，它才会“选择”其中一个状态展现出来，这个过程称为波函数塌缩。
在测量之前，系统处于各种可能状态的叠加之中，直到我们进行观测，它才会确定一个特定的状态。
这就是叠加态的核心思想。
为了更好地理解叠加态的概念，可以将其与经典物理中的状态进行对比。
在宏观世界中，物体的状态是确定的，例如一个球在某一时刻的位置是固定的。
但在微观世界中，粒子以概率的方式存在于不同的状态和位置之中，这些状态的叠加构成了粒子的叠加态。
因此，叠加态是量子力学对微观世界特性的数学表达，用于描述粒子在多种可能状态中的同时存在情况。
宏观世界有叠加态吗
没有。
宏观世界的物质和微观世界的物质有着难以逾越的鸿沟，因此宏观世界并不存在所谓的叠加态。
量子力学中也并没有支持这种以人的意志为转移的说法，只是微观物质具有概率波等存在不确定性的情况，但也依然遵循科学规律。
那些利用量子力学来阐述世界是虚假的，这种说法本身就是错的。
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