一項開創(chuàng)性的實驗表明，成千上萬個原子的聚集既能表現(xiàn)為波，也能像粒子一樣。

大型物體包括貓不會出現(xiàn)量子效應(yīng)，但物理學(xué)家尚未確定尺寸極限

薛定諤的貓好像變大了。物理學(xué)家創(chuàng)造了有史以來最大的“疊加態(tài)”——一個量子態(tài)，物體同時存在于多個可能位置的迷霧中。

維也納大學(xué)的一個團(tuán)隊將約7000個寬約8納米的鈉金屬原子組成的單個簇置于不同位置的疊加態(tài)中，每個簇間距為133納米。每個塊狀簇不像臺球一樣穿透實驗裝置，而是像波浪一樣擴(kuò)散成空間上不同的疊加態(tài)，然后干涉形成研究人員能夠探測到的模式。

柏林弗里茨·哈伯研究所的物理學(xué)家桑德拉·艾本伯格-阿里亞斯稱這是一個極好的結(jié)果。

量子理論并未限制疊加態(tài)的大小，但她解釋說，日常物體顯然并不以量子方式表現(xiàn)。她說，這個實驗——將像蛋白質(zhì)或小病毒粒子這樣質(zhì)量的物體置于疊加態(tài)中——幫助回答了“量子與經(jīng)典之間是否存在過渡？”這一大而幾乎哲學(xué)化的問題。作者們“表明，至少對于如此大小的星團(tuán)，量子力學(xué)依然有效”。

將該實驗于1月21日發(fā)表在《自然》雜志上的英國布里斯托大學(xué)量子物理學(xué)家朱莉婭·魯比諾表示，這同樣具有實際意義。量子計算機(jī)最終需要維持?jǐn)?shù)百萬個物體處于大型量子態(tài)，才能進(jìn)行有用的計算。如果自然界讓系統(tǒng)坍縮超過某個點，而這個規(guī)模小于制造量子計算機(jī)所需的規(guī)模，那就成了科學(xué)的問題了。

疊加大小限制

物理學(xué)家們長期以來一直在爭論量子世界如何從一個底層的經(jīng)典的日常世界誕生出來。量子理論從未表明它在某個質(zhì)量或尺寸以上就停止工作。

1935年，奧地利物理學(xué)家歐文·薛定諤通過他著名的貓類思維實驗揭示了量子力學(xué)常見解釋的荒謬性。貓被放入一個裝有毒藥的小瓶的盒子里，如果放射性原子衰變，毒藥會釋放出來。如果盒子與環(huán)境保持隔離，原子處于衰變和未衰變的疊加態(tài)，直到觀察到之前，貓?zhí)幱谝环N既有死也有活的未定義狀態(tài)。

在現(xiàn)實世界中，物體最終變得過于復(fù)雜或相互作用過多，無法維持疊加態(tài)，這一概念被稱為退相干。但量子力學(xué)也有擴(kuò)展，稱為坍縮理論，認(rèn)為系統(tǒng)在某個點之后，即使在孤立狀態(tài)下，也必然會退化到經(jīng)典態(tài)。在2025年《自然》雜志的一項調(diào)查中，4%的研究人員選擇了這些理論作為他們最喜歡的量子力學(xué)解讀?；卮疬@個問題的唯一方法是放大”量子實驗。

為此，佩達(dá)利諾和他的團(tuán)隊在超高真空中以77開爾文（?196攝氏度）產(chǎn)生了一組簇狀束。研究人員將束流通過由三道激光束構(gòu)成的光柵干涉儀。第一道干涉儀將簇引導(dǎo)通過狹窄的縫隙，從中它們擴(kuò)散并同步傳播為波;然后它們通過第二組狹縫，使波以獨特的干涉模式相互干擾，最終的光柵可以探測到。