想象一下，量子世界裏有一隻神奇的"貓"，它即死了又活着，同時處於生與死的疊加態。這種違反直覺的量子態通常像光一樣稍縱即逝，只能維持毫秒甚至微秒、納秒級的極短時間。自量子力學誕生以來，科學家們就一直在努力延長量子疊加態的壽命，現在這個被認爲幾乎不可能的任務已經變成現實，中國科學技術大學研究人員創造了一個驚人的奇蹟——讓量子疊加態穩定存在了1400秒，相當於一整集電視劇的長度！這項突破性研究已發表在2024年9月1日《自然-光子學》雜誌上。

這項突破爲什麼如此重要？讓我們從三個層面來解讀一下：

第一層：超越經典的量子精密測量

想象一下你正在用一把尺子測量物體。按照經典物理學，測量精度永遠無法超過這把尺子最小刻度的1/√N（N是測量次數）。這就是所謂的"標準量子極限"。但是通過量子技術，科學家們找到了一條"超車"的道路。

中科大團隊利用鐿-173原子的核自旋，創造出了一種特殊的量子態——"薛定諤貓態"。就像薛定諤的貓同時處於生死疊加態一樣，這些原子被放在了兩個完全相反的自旋狀態的疊加態中。這種奇特的狀態可以把測量精度提高到海森堡極限，理論上是經典極限的1.8倍！

第二層：突破性的技術創新

要維持這種精密的量子態，就像在刀尖上跳舞。任何來自環境的微小干擾都會破壞這種疊加態，這就是爲什麼之前的量子態通常只能維持很短時間。

那麼科學家們是如何做到的呢？他們開發了三個關鍵技術：

一、"魔術波長"光晶格：用特殊頻率的激光束創造出一個完美的原子陷阱。

二、"無退相干亞空間"：爲量子態提供了一個不受外界干擾的"避風港"。

三、"非線性自旋旋轉"：精確控制原子的量子態。

簡單來說，這就像是給量子態建造了一個隔音、防震、恆溫的"豪華套房"，讓它可以安心地待上23分鐘！

第三層：革命性的應用前景

這項突破的意義遠不止於創造紀錄。科學家們用這個系統進行了磁場測量實驗，靈敏度達到了0.12納特斯拉，接近理論極限的0.10納特斯拉，比標準量子極限提高了1.8倍。

這種超高精度測量技術，未來將可能應用於更精確的原子鐘、更靈敏的磁場探測器、尋找超出標準模型的新物理現象以及令人期待的量子導航系統。

當然要將實驗室的成果轉化爲實用技術還面臨不少挑戰。比如目前的系統需要複雜的實驗設備，很難小型化和商業化，但這項突破向我們展示了量子技術的巨大潛力，爲超精密測量打開了一扇新的大門。

讓我們期待這項突破爲人類打開更多認識微觀世界的窗口。

參考文獻：

Yang, Y.A., Luo, WT., Zhang, JL. et al. Minute-scale Schrödinger-cat state of spin-5/2 atoms. Nat. Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01555-3