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量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)力學(xue)中(zhong)的(de)思想實驗(yan)“薛定諤的(de)貓”已在學(xue)術界廣為人知，近(jin)(jin)年(nian)來國際科學(xue)界又提(ti)出一(yi)個前沿概念叫“量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)柴郡(jun)貓”。近(jin)(jin)期，中(zhong)國科學(xue)技術大(da)學(xue)郭光燦院士團隊與(yu)(yu)南開(kai)大(da)學(xue)學(xue)者合作(zuo)，首次實現了光子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)偏振與(yu)(yu)其本(ben)體分(fen)離(li)，進而實現兩個光子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)偏振的(de)無(wu)接觸(chu)交換，實驗(yan)揭(jie)示了“量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)柴郡(jun)貓”的(de)獨特量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)特性，加深了人們(men)對“什么是物理實在”這一(yi)物理學(xue)基本(ben)問題的(de)認識。
在(zai)宏觀的(de)經典世界(jie)中，物(wu)(wu)體的(de)物(wu)(wu)理(li)屬性(xing)比(bi)如質量、體積等，與物(wu)(wu)體本身(shen)不可分離，但在(zai)微觀的(de)量子(zi)世界(jie)里則有所不同。2013年國際科(ke)學界(jie)有理(li)論研究表(biao)明，微觀粒子(zi)的(de)物(wu)(wu)理(li)屬性(xing)(如電子(zi)的(de)電荷和自(zi)旋(xuan)、光子(zi)的(de)偏振等)可以與其(qi)本體分離，多位知名學者將(jiang)這種現象命(ming)名為“量子(zi)柴郡貓(mao)”。
柴郡(jun)貓是兒童文(wen)學名著(zhu)《愛(ai)麗(li)絲夢游仙境》中一只會咧著(zhu)嘴笑的(de)貓，它的(de)身體可以(yi)憑空消失，但笑容還掛在(zai)(zai)半空中。國際(ji)科學界在(zai)(zai)中子(zi)和光(guang)子(zi)的(de)干涉實驗中，觀察到粒(li)子(zi)屬性(xing)與其本體分離的(de)現(xian)象，但要想(xiang)展示“量子(zi)柴郡(jun)貓”的(de)獨特量子(zi)效應，還需要更復雜(za)的(de)實驗。
近期，中科大郭光(guang)燦院(yuan)士團隊中的李傳鋒(feng)、許金時、許小(xiao)冶(ye)等人與南開大學陳景靈(ling)教授合作(zuo)，首次利用雙光(guang)子系(xi)統實現了(le)兩只“量子柴郡(jun)貓”交換笑(xiao)臉。
他(ta)們使用對系(xi)統(tong)施加微擾的(de)新方法，解(jie)決了多體(ti)量子系(xi)統(tong)弱值(zhi)(zhi)提取的(de)難(nan)題，并制備(bei)出雙光(guang)子超糾纏態，獲得光(guang)子的(de)路徑和偏(pian)振(zhen)觀測(ce)量的(de)弱值(zhi)(zhi)。實驗觀測(ce)到兩(liang)光(guang)子都處于(yu)偏(pian)振(zhen)屬(shu)性和光(guang)子本體(ti)分離的(de)狀態，并各(ge)自得到了另一光(guang)子的(de)偏(pian)振(zhen)，實現了兩(liang)只(zhi)“量子柴郡(jun)貓”的(de)無接觸笑(xiao)臉互換。
該(gai)研究(jiu)成(cheng)果展示了(le)量子世界(jie)中物(wu)質與其物(wu)理(li)(li)屬(shu)性靈活多(duo)變的(de)關(guan)系，加深了(le)人(ren)們對(dui)“什么是物(wu)理(li)(li)實在”這一物(wu)理(li)(li)學基本問題的(de)認識。另一方(fang)(fang)面，引入微(wei)擾獲得弱值的(de)方(fang)(fang)法也將成(cheng)為(wei)研究(jiu)量子物(wu)理(li)(li)的(de)有力工具。
國際權威(wei)學術期(qi)刊(kan)《自然·通訊》日前(qian)發表了這(zhe)項(xiang)研究(jiu)成(cheng)果，審稿(gao)人(ren)評價(jia)這(zhe)是(shi)“一個里程碑”，是(shi)理解量子力學基礎(chu)問題的(de)重(zhong)要進(jin)展。
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