中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、陈明城团队在2025年12月3日宣布,首次完整实现了爱因斯坦与玻尔在1927年争论中的“反冲狭缝”量子干涉思想实验。他们利用光镊囚禁的量子基态单原子作为“可移动狭缝”,成功将这一近百年来停留在哲学思辨层面的设想变为可检验的精密实验,并将成果发表于《物理评论快报》。这项工作不仅验证了海森堡极限下的互补性原理,还清晰展示了从量子行为到经典行为的连续过渡,堪称量子基础研究领域的一项里程碑。
从思想实验到现实:突破百年难题
爱因斯坦曾在第五届索尔维会议上提出一个精妙的思想实验——如果让单光子通过一个可移动的狭缝,光子穿过时会传递微小的反冲动量给狭缝;只要能测出这个反冲,就能知道光子走哪条路径(体现粒子性),而同时又希望保留干涉条纹(体现波动性)。这直接挑战了量子力学中“波粒二象性无法同时显现”的核心观点。然而,由于单光子带来的反冲极其微弱,宏观狭缝自身的动量涨落远大于此,使得该实验长期无法实现。中科大团队的关键突破在于:用单个铷原子充当“狭缝”,并通过拉曼边带冷却将其置于三维运动基态,使原子的动量不确定度降至与单光子动量相当的水平,终于满足了实验所需的量子极限条件。
动量“旋钮”调控量子与经典的边界
实验中,研究人员通过调节光镊的势阱深度,实现了对原子动量不确定度的连续调控,相当于拧动了一个“量子旋钮”。当动量不确定度较小时,系统对反冲动量更敏感,路径信息更容易被获取,导致光子与原子之间的纠缠减弱,从而光子干涉对比度反而升高;反之,当动量不确定度增大,路径信息模糊,干涉条纹恢复清晰。这种看似反直觉的现象,正是互补性原理的体现。更重要的是,实验中发现的部分对比度下降来自原子加热等经典噪声,在去除这些干扰后,数据与理想基态下的理论预测高度一致,明确揭示了量子到经典的连续转变过程。
开启量子基础研究的新范式
这项工作不仅仅是对历史争论的一次回应,更将“反冲狭缝”变成了一个可重复、可量化的量子精密测量平台。它系统地演示了路径信息获取与干涉可见度之间的定量权衡,为未来检验量子力学基本原理提供了新的实验范式。技术上,研究推动了高精度单原子操控、单原子—单光子纠缠与干涉等关键技术的发展;应用上,为构建大规模中性原子量子计算阵列、实现压缩态纠错编码以及深入探索消相干机制和量子—经典边界奠定了坚实基础。可以说,这场始于百年前的对话,如今正由中国的年轻科学家们续写出实证的新篇章。