中国科大实验实现量子力学百年思想实验，揭示量子与经典过渡

大皖新闻讯 近日，中国科学技术大学的研究团队成功实现了一项历史性实验，忠实再现了1927年爱因斯坦与玻尔在第五届索尔维会议上提出的“反冲狭缝”量子干涉思想实验。这一突破性成果由潘建伟、陆朝阳、陈明城教授等人组成的团队完成，并于12月3日以编辑推荐形式发表在国际期刊《物理评论快报》上。

在这项实验中，研究人员利用光镊囚禁的量子基态单原子，首次观察到了原子动量可调谐的干涉对比度渐进变化过程。该实验证明了海森堡极限下的互补性原理，并展示了从量子到经典的连续转变过程。

爱因斯坦与玻尔的世纪之辩

1927年，在比利时布鲁塞尔召开的第五届索尔维会议上，爱因斯坦为挑战玻尔的互补性原理，设计了一个让单光子通过可移动狭缝的思想实验。他认为，单光子会给狭缝一个极微弱的反冲动量，若能测出这一反冲即可知道光子的路径（粒子性），而只要狭缝位置足够精确，干涉条纹（波动性）仍可保留。

这一思想实验被视为量子力学最深刻的悖论之一，核心问题在于“能否同时获得波与粒子的完整信息”。然而，由于单光子的动量反冲非常微弱，实验在过去近百年一直停留在理论层面。

实验突破：单光子单原子量子干涉仪

记者了解到，研究团队在量子极限条件下实现了最灵敏的“可移动狭缝”：利用光镊囚禁的单个铷原子作为“可移动狭缝”，并使用拉曼边带冷却技术将原子制备至三维运动基态，使其动量不确定性下降至与单光子动量相当的水平。

实验通过灵活调节光镊囚禁势阱深度，改变原子狭缝的动量不确定度，并选定一个封闭循环跃迁，排除了原子内态自由度的干扰。为了实现稳定的干涉，研究组发展了主动反馈锁相技术，将原子荧光的干涉路径抖动控制到了纳米级别。

实验结果与意义

实验结果表明，随着光镊阱深增强，原子受到的空间限制更强，根据海森堡不确定性原理，其基态动量波函数将更宽。经过光子反冲后，原子动量波函数的重叠度增加，导致光子与原子间的纠缠度降低，从而使得光子干涉对比度提高。

“对量子力学基础的重大贡献”、“一个漂亮的实验”、“一个百年思想实验的教科书式实现”

此外，实验中观察到的干涉对比度下降，部分由原子加热（经典噪声）引起。研究团队通过校准和去除这一经典噪声影响后，实验数据与原子处于完美基态（量子极限）时的光子干涉对比度高度吻合。研究组还实现主动调控原子平均声子数，观察到声子数增多引起的干涉对比度的下降，展现了系统从量子到经典的过渡。

未来展望

这项工作不仅在量子极限层面忠实实现了爱因斯坦的思想实验，而且发展了高精度单原子操控、单原子-单光子纠缠和干涉等精密量子技术。审稿人评价该工作是“对量子力学基础的重大贡献”，并称其为“一个漂亮的实验”和“一个百年思想实验的教科书式实现”。

未来，研究团队计划进一步探索量子与经典物理的边界，为量子计算和量子信息科学的发展提供新的思路和技术支持。