新華社合肥12月3日電（記者戴威）記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、陸朝陽(yáng)、陳明城等人組成的研究團(tuán)隊(duì)，利用光鑷囚禁的量子基態(tài)單原子，首次完整地實(shí)現(xiàn)了1927年愛因斯坦和玻爾爭(zhēng)論中提出的“反沖狹縫”量子干涉思想實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)到了原子動(dòng)量可調(diào)諧的干涉對(duì)比度漸進(jìn)變化過(guò)程，證明了海森堡極限下的互補(bǔ)性原理，并展示了從量子到經(jīng)典的連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程。相關(guān)成果于12月3日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。

在第五屆索爾維會(huì)議上，愛因斯坦為挑戰(zhàn)玻爾提出的互補(bǔ)性原理，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)讓單光子通過(guò)一個(gè)可移動(dòng)的狹縫。愛因斯坦認(rèn)為，單光子會(huì)給狹縫一個(gè)極微弱的反沖動(dòng)量，若能測(cè)出這一反沖即可知道光子的路徑，而只要狹縫位置足夠精確，干涉條紋仍可保留。這一思想實(shí)驗(yàn)被視為量子力學(xué)最深刻的悖論之一。

實(shí)現(xiàn)這一思想實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于測(cè)量有效的反沖信號(hào)，這就要求狹縫的動(dòng)量不確定度要小于光子的沖擊動(dòng)量。然而，由于單光子的動(dòng)量反沖非常微弱，遠(yuǎn)小于宏觀物體的動(dòng)量不確定度。所以，這一巧妙的思想實(shí)驗(yàn)在過(guò)去近百年仍停留在“思想”層面。

據(jù)了解，在本次研究工作中，研究團(tuán)隊(duì)在量子極限條件下實(shí)現(xiàn)了最靈敏的“可移動(dòng)狹縫”：利用光鑷囚禁的單個(gè)銣原子作為“可移動(dòng)狹縫”，使用拉曼邊帶冷卻技術(shù)將原子制備至三維運(yùn)動(dòng)基態(tài)，使其動(dòng)量不確定性下降至與單光子動(dòng)量相當(dāng)?shù)乃?。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)可通過(guò)靈活地調(diào)節(jié)光鑷囚禁勢(shì)阱深度，來(lái)改變?cè)营M縫的動(dòng)量不確定度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)光子反沖后，原子動(dòng)量波函數(shù)的重疊度增加，導(dǎo)致光子與原子間的糾纏度降低，從而使得光子干涉對(duì)比度提高。此外，在實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉對(duì)比度下降，部分由原子加熱引起。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)校準(zhǔn)和去除這一經(jīng)典噪聲影響后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與原子處于完美基態(tài)時(shí)的光子干涉對(duì)比度高度吻合。

研究人員表示，此次研究工作在愛因斯坦和玻爾關(guān)于量子基礎(chǔ)的爭(zhēng)論近百年之后，首次利用基態(tài)單原子作為對(duì)單光子動(dòng)量敏感的“可移動(dòng)狹縫”，不僅在量子極限層面實(shí)現(xiàn)了愛因斯坦思想實(shí)驗(yàn)，而且發(fā)展了高精度單原子操控、單原子-單光子糾纏和干涉等精密量子技術(shù)，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模中性原子陣列、壓縮態(tài)糾錯(cuò)編碼、以及進(jìn)一步探索消相干和量子到經(jīng)典過(guò)渡等基礎(chǔ)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。