但现在这样的存续时刻有了质的腾跃，我国团队成功让这种量子叠加状况继续了1400秒的时刻。

　　这项研讨由中科大少年班学院院长卢征天教授、合肥国家试验室研讨员夏添领衔，其效果宣布在《天然·光子学》。

　　一旦证明这一长寿数薛定谔猫态的制备可行，那么将来关于量子物理国际的研讨有重要意义。

　　比方用来检测和研讨磁力、探究物理学中新的和奇特的效应，还可以用于非常安稳的量子核算机内存。

　　“薛定谔的猫”是一个闻名的思维试验，由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在1935年提出。

　　幻想一个关闭的盒子里有一个猫，一个装有毒气的瓶子，以及一个放射性原子。假如放射性原子衰变，就会触发一个机制打碎瓶子，开释毒气，猫就会死。假如原子没有衰变，猫就活着。

　　在量子力学中，放射性原子在没有观测之前，一起处于衰变和未衰变的叠加状况。这在某种程度上预示着，在没有翻开盒子调查之前，猫既是死的也是活的，处于一种存亡叠加的状况。

　　当咱们翻开盒子调查猫的状况时，量子叠加状况会“坍缩”，猫的状况从既是死又是活的状况变为确认的死是活。这样的一个进程也被称为波函数坍缩。

　　而这种一个体系一起处于两种或多种截然相反状况的量子叠加，便是薛定谔猫态。

　　在试验中完成和坚持薛定谔猫态非常困难，由于这需求极高的阻隔以避免温度、磁场等环境搅扰导致它们在几秒或毫秒内坍缩到单一状况。

　　本文研讨科学家们前史性地让薛定谔猫态坚持了长时刻的安稳，相干时刻长达23分钟。

　　（相干时刻是指量子体系在退相干之前可以坚持量子特性的时刻，退相干指的是量子体系逐步失掉其量子特性的进程。）

　　在这个试验中，薛定谔猫态是经过非线性自旋旋转完成的，即原子的自旋一起指向两个彻底相反的方向。

　　具体来说，研讨团队运用波长为1036nm、功率为16W的线性偏振光晶格激光束（束腰为20μm），在戏法波长上捕获了大约10⁴个¹⁷³Yb原子。原子首先在附近腔室的磁光阱中被预冷并加载，随后经过移动光学偶极阱沿x轴方向输送到丈量室。

　　试验设备被四层磁屏蔽所维护，内置cos(θ)线圈在z方向上发生一个安稳均匀的1.24μT磁场，以最小化外部磁场搅扰。

　　运用与¹S₀(F=5/2)→¹P₁(F′=5/2)能级跃迁共振的σ+偏振泵浦激光脉冲，将原子初始化到F, F⟩拉伸态。

　　运用离共振的σ⁺偏振操控激光束，沿x轴方向传达，经过调理非线互效果（张量沟通斯塔克位移）

　　运用与¹S₀(F=5/2)→³P₁(F′=7/2)能级跃迁共振的σ⁺偏振勘探光束丈量F, F⟩态中的归一化布居数，运用光学晶格引进的差分张量光移位

　　经过准确操控操控激光的频率和强度（80 mW/cm²），试验中测得的拉比频率为：

　　这一系列准确操作成功制备出了¹⁷³Yb原子的薛定谔猫态，该状况是具有自旋量子数5/2的原子核自旋投影态m=+5/2和m=−5/2的量子叠加。

　　关键是，团队发现这个猫态被维护在无退相干子空间中，对光晶格发生的非均匀张量光移具有免疫力。这是由于光晶格的哈密顿量Hₜ与猫态密度矩阵ρcat和Hₒ都对易，然后避免了光场带来的退相干。

　　这使得猫态完成了1.4(1)×10³秒的超长相干时刻，即约23分钟，远超惯例相干自旋态（CSS）在相同条件下完成的0.9(2)×10³秒相干时刻。

　　值得注意的是，现在试验中的线)秒，研讨人员指出经过改进真空条件，猫态的寿数有望进一步延伸以匹配其相干时刻，一起还能凭借自旋回波技能来进一步减少退相干效应。

　　为表征猫态对1.24-μT静态磁场的活络度，研讨人员进行了拉姆齐干与丈量。

　　经过两个距离为τ的(π/2)cat脉冲序列，在160秒的丈量时刻内，态的布居数坚持在0.90(3)，干与条纹比照度到达0.88(3)。

　　终究完成了0.12(1)nT的磁场丈量活络度，比规范量子极限0.22nT提高了约1.8倍，接近海森堡极限（HL）的0.10nT。

　　作为比照，相同条件下的相干自旋态只能到达0.70(10)nT的活络度，比规范量子极限0.22nT的活络度差了约3.2倍。

　　具有长相干时刻的高自旋体系在量子科技范畴具有广泛运用远景，可用于展开量子存储器，并为量子核算中的过错纠正供给必要的冗余度。

　　特别值得一提的是，这项工作为寻觅自旋传感器供给了新的可能性。传统上，具有基态J=0和核自旋I=1/2的原子（如³He、¹²⁹Xe、¹⁷¹Yb和¹⁹⁹Hg）被认为是抱负的自旋传感器候选者。

　　而这项研讨标明高自旋同位素相同能担任这一人物。例如，¹⁷¹Yb/¹⁷³Yb这样的同位素对为开发双物种冷原子共磁力计供给了新的可能性。

　　更重要的是，这个展现出接近海森堡极限磁场丈量活络度的猫态，不只可用于高精度磁场丈量，还可运用于寻觅永久电偶极矩、查验洛伦兹不变性，以及探究超出规范模型的新物理现象，为量子精细丈量范畴拓荒了新的研讨方向。

　　通讯作者之一卢征天，现在是我国科学技能大学物理学院出色讲席教授、少年班学院院长。

　　研讨方向包含查验时空及物质与反物质之间的对称性，寻觅规范模型之外的新物理；展开超活络同位素痕量勘探新技能，一起展开在地球与环境科学中的运用；关于原子核、原子与分子的精细丈量。

　　另一位通讯作者夏添，现在是合肥国家试验室研讨员。他本科毕业于清华大学，随后前往普林斯顿大学攻读博士。

　　研讨方向包含经过对原子固有电偶极矩的丈量来检测根本效果中对称性的破缺来寻觅规范模型之外的新物理；以原子物理为渠道的精细丈量；以中性原子为渠道的量子信息；用光抽运的办法完成原子自旋的磁极化。

　　关于这项效果，研讨人员表明，这一长寿数薛定谔猫态的制备，将为原子磁力计、量子信息纠错以及探究新物理等拓荒出新途径。