我国学者揭示“量子柴郡猫”独特量子特性

新华社合肥7月10日电(记者徐海涛)量子力学中的思想实验“薛定谔的猫”已在学术界广为人知，近年来国际科学界又提出一个前沿概念叫“量子柴郡猫”。近期，中国科学技术大学郭光灿院士团队与南开大学学者合作，首次实现了光子的偏振与其本体分离，进而实现两个光子偏振的无接触交换，实验揭示了“量子柴郡猫”的独特量子特性，加深了人们对“什么是物理实在”这一物理学基本问题的认识。

在宏观的经典世界中，物体的物理属性比如质量、体积等，与物体本身不可分离，但在微观的量子世界里则有所不同。2013年国际科学界有理论研究表明，微观粒子的物理属性(如电子的电荷和自旋、光子的偏振等)可以与其本体分离，多位知名学者将这种现象命名为“量子柴郡猫”。

柴郡猫是儿童文学名著《爱丽丝梦游仙境》中一只会咧着嘴笑的猫，它的身体可以凭空消失，但笑容还挂在半空中。国际科学界在中子和光子的干涉实验中，观察到粒子属性与其本体分离的现象，但要想展示“量子柴郡猫”的独特量子效应，还需要更复杂的实验。近期，中科大郭光灿院士团队中的李传锋、许金时、许小冶等人与南开大学陈景灵教授合作，首次利用双光子系统实现了两只“量子柴郡猫”交换笑脸。

他们使用对系统施加微扰的新方法，解决了多体量子系统弱值提取的难题，并制备出双光子超纠缠态，获得光子的路径和偏振观测量的弱值。实验观测到两光子都处于偏振属性和光子本体分离的状态，并各自得到了另一光子的偏振，实现了两只“量子柴郡猫”的无接触笑脸互换。

该研究成果展示了量子世界中物质与其物理属性灵活多变的关系，加深了人们对“什么是物理实在”这一物理学基本问题的认识。另一方面，引入微扰获得弱值的方法也将成为研究量子物理的有力工具。

国际权威学术期刊《自然·通讯》日前发表了这项研究成果，审稿人评价这是“一个里程碑”，是理解量子力学基础问题的重要进展。