量子态只能在高度控制的条件下准备和观察。来自奥地利因斯布鲁克的一个研究团队现在已经成功地在超导微波谐振腔中创建了所谓的热施罗丁格猫态。这项研究最近发表在《科学进展》上，表明量子现象也可以在不那么完美、更温暖的条件下被观察和利用。
施罗丁格猫态是量子物理中的一种迷人现象，在这种现象中，一个量子对象同时存在于两种不同的状态。在厄尔温·施罗丁格的思想实验中，这是一只同时活着和死去的猫。在真实实验中，这种同时性已在原子和分子的位置信息和电磁谐振器的振荡中观察到。以前，这些施罗丁格思想实验的类比是通过先将量子对象冷却到其基态，即能量最低的状态来创建的。现在，由格哈德·基希迈尔和奥里奥尔·罗梅罗-伊萨特领导的研究人员首次证明，确实可以从热激发态创建量子叠加。“施罗丁格在他的思想实验中也假设了一只活着的，即‘热’的猫，”来自因斯布鲁克大学实验物理系及奥地利科学院量子光学与量子信息研究所的格哈德·基希迈尔指出。“我们想知道，如果我们没有从‘冷’的基态开始，是否还可以产生这些量子效应，”基希迈尔说。
在他们发表在《科学进展》上的研究中，研究人员使用微波谐振腔中的一微量子比特生成猫态。他们成功地在高达1.8开尔文的温度下创建了量子叠加态——这比腔体的环境温度热六十倍。“我们的结果表明，可以生成具有明显量子特性的高度混合量子态，”进行了实验的伊恩·杨解释道。
研究人员使用了两种特殊的协议来创建热施罗丁格猫态。这些协议以前用于从系统的基态产生猫态。“事实证明，调整过的协议在较高温度下也有效，产生明显的量子干涉，”奥里奥尔·罗梅罗-伊萨特说，他直到最近是因斯布鲁克大学理论物理学教授及IQOQI因斯布鲁克的研究小组负责人，2024年起担任巴塞罗那光子科学研究所（ICFO）主任。“这为量子叠加态的创建和利用开辟了新的机会，例如在纳米机械振荡器中，因为实现基态在技术上可能比较困难。”
“当我们第一次告诉同事们我们的结果时，许多人感到惊讶，因为我们通常认为温度是破坏量子效应的因素，”帮助开发实验理论理解的托马斯·阿格伦纽斯补充道。“我们的测量确认了即使在高温下，量子干涉也能持续存在。”
这些研究结果可能有助于量子技术的发展。“我们的工作揭示了，即使在不太理想、更温暖的环境中，也可以观察和利用量子现象，”格哈德·基希迈尔强调。“如果我们能够在一个系统中创造必要的相互作用，最终温度就无关紧要。”
这项研究得到了奥地利研究基金会FWF和欧洲联盟等的资助。
