中国科学家成功验证反冲狭缝思想实验

本报合肥12月7日电 近日，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、陈明城等科学家组成的团队，在实验上完整实现了1927年爱因斯坦与玻尔关于“反冲狭缝”量子干涉思想实验的设想。他们利用光镊技术锁定量子基态的单个原子，首次观测到原子动量调控下干涉条纹对比度的连续变化，验证了海森堡极限中的互补原理，同时揭示了量子系统向经典系统平滑过渡的过程。相关成果已发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。

回溯1927年第五届索尔维会议，爱因斯坦曾为检验玻尔的互补性原理，提出在双缝实验中让单光子穿过能够移动的狭缝。他推断，如果能精准测量到狭缝因单光子的通过所受到极微小的反冲，就能判断光子的具体路径；而只要狭缝定位足够精确，干涉图样应当依然存在。这个设想一度成为量子力学的核心难题之一。由于受限于实验技术，该实验近百年来一直未能真正实现。

在这次实验中，科研团队在极限的量子条件下制造出能自由移动的“狭缝”，也就是被光镊约束的单个原子。实验结果显示，随着控制光镊势阱的深度增强，原子的空间约束增强，其动量分布变宽，增加了与光子发生反冲后的波函数重叠度，也相应降低了光子和原子之间的量子纠缠，从而使干涉条纹对比度变高。同时，研究人员发现部分干涉对比度的变化来源于原子的加热效应（即经典噪声），在精确校准并剔除了这部分影响后，实验结果和理论预测下理想基态的干涉对比度高度吻合。团队还通过调节原子的平均声子数，进一步研究了由量子行为向经典行为转变的全过程。

团队成员表示，此研究在爱因斯坦与玻尔“世纪争论”近百年后，首次以基态单原子模拟了可感受单光子动量的移动狭缝，不仅在量子极限层面实现了历史性的思想实验，更推动了高精度单原子操控、单原子和单光子的量子纠缠及干涉实验技术。这为中性原子大规模阵列、压缩态的纠错编码，以及未来探索量子到经典过渡及消相干等基础科学问题，奠定了坚实的实验基础。