中国科大用单原子实现反冲狭缝思想实验，终结爱因斯坦与玻尔世纪之辩

　　中国迷信技能年夜学潘建伟、陆向阳、陈明城传授等构成的研究团队，哄骗光镊囚禁的量子基态单原子，初次忠厚地完成了1927年爱因斯坦以及玻尔争执中提出的“反冲狭缝”量子干预干与思惟试验，观测到了原子动量可调谐的干预干与比照度渐进变迁历程，证实了海森堡极限下的互补性道理，并展示了从量子到经典的持续改变历程。相干结果以编纂保举的情势2025年12月3日颁发于国际期刊《物理评论快报》。美国物理学会Physics栏目以“单原子的爱因斯坦狭缝”为题举行专题报导。

　　正在1927年的第五届索尔维集会上，爱因斯坦为应战玻尔的互补性道理，正在双缝干预干与试验中，设计让单光子经由过程一个可挪动的狭缝。爱因斯坦以为，单光子会给狭缝一个极强劲的反激动量，若能测出这一反冲便可晓得光子的路径（粒子性），而只需狭缝位置脚够准确，干预干与条纹（稳定性）仍可保存。这一思惟试验间接指向“可否同时得到波与粒子的完备信息”，被视为量子力学最粗浅的悖论之一。

　　完成这一思惟试验的要害正在于丈量有用的反冲旌旗灯号，这就要求狭缝的动量没有肯定度要小于光子的打击动量。然而，因为单光子的动量反冲很是强劲（~10-27kg⋅m/s），远小于微观物体的动量没有肯定度。以是，爱因斯坦的这一巧妙的思惟试验正在已往近百年仍逗留正在“思惟”层面。

图1：1927年第五届索尔维集会合影以及爱因斯坦波尔争执中提进去的思惟试验

　　研究组正在量子极限前提下完成了最活络的“可挪动狭缝”：哄骗光镊囚禁的单个铷原子作为“可挪动狭缝”，应用拉曼边带冷却技能将原子制备至三维静止基态，使其动量没有肯定性降落至与单光子动量至关的程度。同时，试验可以经由过程矫捷地调治光镊囚禁势阱深度，来转变原子狭缝的动量没有肯定度。试验选定一个关闭轮回跃迁，解除了原子内态自由度的滋扰。为了完成波动的干预干与，研究组成长了自动反馈锁相技能，将原子荧光的干预干与路径颤动节制到了纳米级别。

图2：单光子单原子量子干预干与仪完成爱因斯坦思惟试验

　　试验成果标明，跟着光镊阱深加强，原子遭到的空间限定更强，凭据海森堡没有肯定性道理，其基态动量波函数将更宽。以是颠末光子反冲后，原子动量波函数的堆叠度增长，招致光子与原子间的纠缠度升高，从而使患上光子干预干与比照度普及。此外，正在试验中察看到的干预干与比照度降落，局部由原子加热（经典噪声）惹起。研究团队经由过程校准以及去除了这一经典噪声影响后，试验数据与原子处于完善基态（量子极限）时的光子干预干与比照度高度吻合。研究组还完成自动调控原子平均声子数，察看到声子数增多惹起的干预干与比照度的降落，揭示了体系从量子到经典的过渡。

图3：经由过程势阱深度可调的基态单原籽实现爱因斯坦思惟试验的比照度突变数据

　　该事情正在爱因斯坦以及玻尔对于量子根蒂根基的争执近百年之后，初次哄骗基态单原子作为对单光子动量敏感的“可挪动狭缝”，不只正在量子极限层面忠厚完成了爱因斯坦思惟试验，并且成长了高精度单原子操控、单原子-单光子纠缠以及干预干与等紧密量子技能，为将来完成年夜范围中性原子阵列、压缩态纠错编码、和进一步摸索消相关以及量子到经典过渡等根蒂根基问题奠基了根蒂根基。

　　审稿人评估该事情是“对量子力学根蒂根基的重年夜孝敬”（this is a significant contribution to the foundations of quantum mechanics）、“一个大度的试验”（beautiful experiment）、“一个百年思惟试验的教科书式完成”（a textbook realization of a century old thought experiment）。

　　论文第一作者是研究生张宇宸、程浩文、曾许曌秋。研究事情获得了科技部、国度天然迷信基金委、中国迷信院、安徽省、上海市以及新基石迷信基金会等的撑持。

　　论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/93zb-lws3

　　Physics报导：https://physics.aps.org/articles/v18/s150