“我科学家首次实验揭示“量子柴郡猫”的量子特点”

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科学技术日报记者吴长锋

据中国科大介绍，该校郭光翠院士团队李传锋等合作者首次实现光子偏振及其本体的分离，进而实现双光子偏振的无接触交换，揭示了“量子柴郡猫”独特的量子特征，加深了对“物理真相是什么”这一物理学基本问题的认识， 这一成果日前在国际知名期刊《自然通讯》上发表。

柴郡猫是童话《爱丽丝梦游仙境》中咧着嘴笑的猫，可以在空中消失，但笑容(属性)却挂在半空上。 经典世界物体的物理属性，如质量、体积等，是与物体的主体分不开的。 但是，量子世界的情况不同，理论研究表明，电子的电荷、自旋、光子的偏振光等微观粒子的物理特性可以与其本体分离，这种现象被称为“量子柴郡猫”。 但是，为了显示“量子柴郡猫”独特的量子效应，需要进行更多复杂的实验。

在实验中，柴郡猫(本体)和笑容(属性)的位置需要用弱值来表现，但是多量子系弱值的提取很困难。 研究小组说明，通过对系统进行微扰，可以绕过以前流传的弱测量方法，利用系统的检测概率和微扰强度的内在联系，直接得到所需的弱值。 根据这些弱值，实验观测到两个光子都处于偏振特性和光子本身分离的状态，同时分别得到不同光子的偏振，实现了两只“量子柴郡猫”的无接触笑容交换。

该研究成果揭示了量子世界中物质及其物理属性灵活多样的关系，加深了对“物理真相是什么”这一物理学基本问题的认识，为研究量子物理其他课题提供了有力的工具。 审稿人高度评价说:“这一成果是理解量子力学的基础问题和量子系统是从根本上区别于经典系统的重要一步……显然是一个里程碑。”