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新手已上路木虫 (职业作家)
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量子“薛定谔的猫”将成现实？至少“薛定谔的细菌”不远了 已有1人参与
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来自清华大学与美国普渡大学的物理学家设计出了一个实验，可以把活的生物体同时放在两个不同位置上。 科学家的目标是把一个普通的微生物放在不确定的叠加态上，这与处于“既是死的又是活的”叠加态上的薛定谔的猫有着异曲同工之妙。不过他们只打算让细菌的位置处于不确定状态，而不用让细菌像薛定谔的猫那样处于惊心动魄的“生死边缘”。 “把活着的生物体同时放在两个位置，这该有多炫酷呀！”来自美国普渡大学的物理学家李统藏说，“在很多童话故事里，仙女可以同时处在两个位置，或者在两个位置之间瞬时移动，而这个实验描述的状态就与此类似——虽然对象是个微生物，而非仙女。”他的团队与清华大学交叉信息研究院的尹璋琦合作，完成了这项工作。 量子力学原理允许物体同时处在两个不同状态形成的“叠加态”（superposition）上，这一原理有助于造出可以同时解决多个问题的量子计算机。 埃尔温•薛定谔（Erwin Schrödinger）在1935年提出了那项著名的思想实验。实验中， 一只猫被关在一个密闭的盒子里，与它一起的还有一个小的射线源、盖革计数器、一个锤子和一小瓶毒药。如果放射源中有一个原子衰变了，盖革计数器就会引发设备释放毒药，因此猫的状态就与放射性材料的状态相“纠缠”。由于原子的衰变无法预测，此时的猫就处在活着与死去的叠加态上。 “虽然这个想法引发了无数人的兴趣，但至今无人实现一个活着的有机体的量子叠加态，所以我们设计了一种直接的方法，把微生物放在两个空间态的叠加态上，也就是说，该微生物会同时位于两个地方。”李统藏说。 “这将是人类首次让生物体实现量子叠加态。”他补充道。他们将研究的细节写成论文，发布在论文预印本网站arXiv上（http://arxiv.org/abs/1509.03763） 李统藏及其合作者设计的实验是基于2013年科罗拉多大学研究者的一项工作，后者找到了一种方法，可以让振动的铝膜处在叠加态上。“我们的计划就是把微生物直接放在这张铝膜上。如果铝膜处于叠加态，上面的微生物自然也处于叠加态了。总的原理就是这样，非常简单。”李统藏说。 研究者还设计了一项进一步的实验，让微生物的位置与它内部一个电子的自旋互相纠缠。“第二项实验的目标就是让这个系统变得有用——可以用来探测微生物中的DNA和蛋白缺陷，并以单个电子自旋的精度来对微生物成像。”李统藏说。 李统藏等人希望能把这个实验付诸实践，但在这个领域处于领先地位的科学家们有更好的实验条件，因此他希望与别人合作。“如果量子电机学领域的顶尖团队能够集中精力做这个实验的话，我认为，不出三年我们就能把一个活的微生物放到量子叠加态上了。”他说。（撰文：伊恩•桑普尔（Ian Sample） 翻译：丁家琦 审校：韩晶晶） |
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2楼2016-05-03 16:59:22
