一项破纪录的实验表明，数千个原子组成的团簇既可以表现得像波，也可以表现得像粒子。
薛定谔的猫又胖了一点。物理学家们创造了有史以来最大的“叠加态”——一种量子态，在这种状态下，一个物体同时存在于多种可能的位置之中。
维也纳大学的一个研究团队将约7000个直径约8纳米的钠金属原子簇放置在不同的位置上，每个原子簇之间间隔133纳米。这些原子簇并没有像台球一样在实验装置中快速移动，而是像波一样扩散，形成空间上不同的路径叠加，然后相互干涉，最终形成研究人员可以检测到的图案。
“这是一个非常棒的结果，”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。《自然》杂志的一项调查显示，物理学家们对量子力学如何描述现实存在巨大分歧。
她解释说，量子理论并未限制叠加态的大小，但日常物体的行为显然不符合量子力学的规律。这项实验——将蛋白质或小型病毒颗粒这样质量巨大的物体置于叠加态——有助于解答“量子与经典之间是否存在过渡”这一“宏大而近乎哲学性的问题”。她表示，作者们“证明，至少对于这种大小的团簇而言，量子力学仍然有效”。
英国布里斯托尔大学的量子物理学家朱莉娅·鲁比诺表示，这项于1月21日发表在《自然》杂志上的实验也具有重要的实际意义。量子计算机最终需要维持数百万个处于大型量子态的物体才能进行有效的计算。如果自然界中的系统在某个临界点之后发生坍缩，而这个临界点又小于制造量子计算机所需的规模，“那就麻烦了”，她说道。
叠加尺寸限制
物理学家们长期以来一直在争论，我们日常所处的经典世界是如何从其底层的量子世界中涌现出来的。维也纳大学物理学家、该研究的合著者塞巴斯蒂安·佩达利诺表示，量子理论“从未说过它会在超过某个质量或尺寸后停止运作”。
1935年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔用他著名的猫的思想实验揭示了量子力学常见解释的荒谬之处。他将一只猫放入一个装有毒药的小瓶的盒子里，如果一个放射性原子衰变，毒药就会释放出来。如果盒子与外界环境隔绝，那么原子将处于衰变和未衰变的叠加态，而猫在被观察之前，也处于一种既死又活的不确定状态。“悬浮”纳米粒子有望突破量子纠缠的极限
在现实世界中，物体最终会变得过于复杂或相互作用过于频繁，以至于无法维持叠加态，这种现象被称为退相干。但量子力学也有一些扩展理论，称为坍缩理论，它表明，超过某个临界点后，即使在孤立状态下，系统也必然会退化为经典态。在2025年《自然》杂志的一项调查中，4%的研究人员选择这些理论作为他们最喜欢的量子力学解释。“回答这个问题的唯一方法是扩大”量子实验的规模，鲁比诺说道。
为了实现这一目标，佩达利诺和他的团队在超高真空环境下生成了一束温度为77开尔文（-196摄氏度）的团簇束。研究人员将这束团簇束送入一个由三个激光光栅构成的干涉仪中。第一个光栅引导团簇束通过狭窄的缝隙，团簇束从缝隙中扩散开来，并以波的形式同步传播；随后，这些波穿过第二组狭缝，形成独特的干涉图案，最终可以通过最后一个光栅进行探测。
艰辛的过程
大规模观测这种量子效应十分困难，因为杂散气体分子、光线或电场会扰乱脆弱的量子态，光栅哪怕最轻微的错位或微小的力都会使精细的干涉图样变得模糊。佩达利诺说，研究团队花了两年时间才观测到这种信号。在此之前，他曾在地下室实验室里花费“数千小时”观察“平坦的线条和噪声”。
该团队实现的叠加态质量是此前纪录的十倍。这是根据一种名为“宏观性”的指标得出的结论，该指标综合考虑了质量、量子态的持续时间和各量子态之间的距离。然而，鲁比诺指出，这并不意味着这是迄今为止进入叠加态的最大质量。2023年，另一个团队曾将一个16微克的振动晶体置于叠加态——但那仅仅是在20亿分之一纳米的距离上实现的。物理学家成功诱导分子进入奇异量子态——结束了长达数十年的探索
维也纳大学的共同作者斯特凡·格利希表示，进一步扩大实验规模并非易事。质量更大的粒子波长更短，这使得区分量子力学预测和经典力学预测变得更加困难。然而，格利希说，15年前，他认为今天的实验“是不可能的”。
该团队还在尝试用同样的实验装置处理生物物质。有些病毒的大小与这些团簇相似，但它们往往更脆弱，在飞行过程中容易破碎，这使得实验更难进行——尽管并非不可能。“我认为这不再是遥不可及的梦想了，”佩达利诺说道。
他补充说，虽然病毒不被认为是生物，但对生物物质的实验“将把整个量子干涉带入一个新的领域”。
一项破纪录的实验表明，数千个原子组成的团簇既可以表现得像波，也可以表现得像粒子。
薛定谔的猫又胖了一点。物理学家们创造了有史以来最大的“叠加态”——一种量子态，在这种状态下，一个物体同时存在于多种可能的位置之中。
维也纳大学的一个研究团队将约7000个直径约8纳米的钠金属原子簇放置在不同的位置上，每个原子簇之间间隔133纳米。这些原子簇并没有像台球一样在实验装置中快速移动，而是像波一样扩散，形成空间上不同的路径叠加，然后相互干涉，最终形成研究人员可以检测到的图案。
“这是一个非常棒的结果，”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。《自然》杂志的一项调查显示，物理学家们对量子力学如何描述现实存在巨大分歧。
她解释说，量子理论并未限制叠加态的大小，但日常物体的行为显然不符合量子力学的规律。这项实验——将蛋白质或小型病毒颗粒这样质量巨大的物体置于叠加态——有助于解答“量子与经典之间是否存在过渡”这一“宏大而近乎哲学性的问题”。她表示，作者们“证明，至少对于这种大小的团簇而言，量子力学仍然有效”。
英国布里斯托尔大学的量子物理学家朱莉娅·鲁比诺表示，这项于1月21日发表在《自然》杂志上的实验也具有重要的实际意义。量子计算机最终需要维持数百万个处于大型量子态的物体才能进行有效的计算。如果自然界中的系统在某个临界点之后发生坍缩，而这个临界点又小于制造量子计算机所需的规模，“那就麻烦了”，她说道。
叠加尺寸限制
物理学家们长期以来一直在争论，我们日常所处的经典世界是如何从其底层的量子世界中涌现出来的。维也纳大学物理学家、该研究的合著者塞巴斯蒂安·佩达利诺表示，量子理论“从未说过它会在超过某个质量或尺寸后停止运作”。
1935年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔用他著名的猫的思想实验揭示了量子力学常见解释的荒谬之处。他将一只猫放入一个装有毒药的小瓶的盒子里，如果一个放射性原子衰变，毒药就会释放出来。如果盒子与外界环境隔绝，那么原子将处于衰变和未衰变的叠加态，而猫在被观察之前，也处于一种既死又活的不确定状态。“悬浮”纳米粒子有望突破量子纠缠的极限
在现实世界中，物体最终会变得过于复杂或相互作用过于频繁，以至于无法维持叠加态，这种现象被称为退相干。但量子力学也有一些扩展理论，称为坍缩理论，它表明，超过某个临界点后，即使在孤立状态下，系统也必然会退化为经典态。在2025年《自然》杂志的一项调查中，4%的研究人员选择这些理论作为他们最喜欢的量子力学解释。“回答这个问题的唯一方法是扩大”量子实验的规模，鲁比诺说道。
为了实现这一目标，佩达利诺和他的团队在超高真空环境下生成了一束温度为77开尔文（-196摄氏度）的团簇束。研究人员将这束团簇束送入一个由三个激光光栅构成的干涉仪中。第一个光栅引导团簇束通过狭窄的缝隙，团簇束从缝隙中扩散开来，并以波的形式同步传播；随后，这些波穿过第二组狭缝，形成独特的干涉图案，最终可以通过最后一个光栅进行探测。
艰辛的过程
大规模观测这种量子效应十分困难，因为杂散气体分子、光线或电场会扰乱脆弱的量子态，光栅哪怕最轻微的错位或微小的力都会使精细的干涉图样变得模糊。佩达利诺说，研究团队花了两年时间才观测到这种信号。在此之前，他曾在地下室实验室里花费“数千小时”观察“平坦的线条和噪声”。
该团队实现的叠加态质量是此前纪录的十倍。这是根据一种名为“宏观性”的指标得出的结论，该指标综合考虑了质量、量子态的持续时间和各量子态之间的距离。然而，鲁比诺指出，这并不意味着这是迄今为止进入叠加态的最大质量。2023年，另一个团队曾将一个16微克的振动晶体置于叠加态——但那仅仅是在20亿分之一纳米的距离上实现的。物理学家成功诱导分子进入奇异量子态——结束了长达数十年的探索
维也纳大学的共同作者斯特凡·格利希表示，进一步扩大实验规模并非易事。质量更大的粒子波长更短，这使得区分量子力学预测和经典力学预测变得更加困难。然而，格利希说，15年前，他认为今天的实验“是不可能的”。
该团队还在尝试用同样的实验装置处理生物物质。有些病毒的大小与这些团簇相似，但它们往往更脆弱，在飞行过程中容易破碎，这使得实验更难进行——尽管并非不可能。“我认为这不再是遥不可及的梦想了，”佩达利诺说道。
他补充说，虽然病毒不被认为是生物，但对生物物质的实验“将把整个量子干涉带入一个新的领域”。
