高自旋薛定谔猫态“寿命”突破20分钟

7日，记者从中国科学技术大学获悉，该校研究团队利用激光冷原子方法制备成基于自旋的薛定谔猫态，其寿命达到分钟量级。相关成果日前发表在《自然·光子学》上。

在量子精密测量中，自旋进动不仅是测量磁场、惯性等许多物理现象的有效探针，还可以用于探索超越标准模型的新物理。在做自旋进动测量时，高自旋薛定谔猫态具有明显优势，一方面因为高自旋量子数放大了进动频率信号，另一方面因为猫态对一些环境干扰因素不敏感，从而压制了测量噪声。然而，实验中应用猫态面临两大技术挑战，一是如何在高维量子空间中实现幺正变换的高效操控，二是需要保持足够长的量子相干时间。

研究过程中，研究团队成功实现了一种具有超长相干时间的薛定谔猫态。研究人员利用光晶格囚禁自旋为5/2的镱-173原子，通过控制激光脉冲对原子诱导非线性光频移，制备出由自旋投影为+5/2与-5/2两个态组成的叠加态。由于这两个态的磁量子数相距最远，所以它们的叠加态被称为薛定谔猫态。这种猫态具有增强的磁场灵敏性，同时在光晶格中感受到完全相同的光频移，处于“无消相干子空间”中，从而对光晶格的强度噪声和光斑形貌变化具有天然的免疫性。实验结果表明，该猫态的相干时间突破了20分钟。通过拉姆齐干涉测量法，研究人员证实了接近海森堡极限的相位测量灵敏度。

研究人员表示，这一长寿命薛定谔猫态的制备，将为原子磁力计、量子信息纠错以及探索新物理等开辟出新途径。