（香港文匯網記者 趙臣 合肥報道）記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽、陳明城教授等組成的研究團隊，利用光鑷囚禁的量子基態單原子，首次忠實地實現了1927年愛因斯坦和玻爾爭論中提出的「反衝狹縫」量子干涉思想實驗，觀測到了原子動量可調諧的干涉對比度漸進變化過程，證明了海森堡極限下的互補性原理，並展示了從量子到經典的連續轉變過程。相關成果以編輯推薦的形式12月3日發表於國際期刊《物理評論快報》。美國物理學會Physics欄目以「單原子的愛因斯坦狹縫」為題進行專題報道。
據介紹，在1927年的第五屆索爾維會議上，愛因斯坦為挑戰玻爾的互補性原理，在雙縫干涉實驗中，設計讓單光子通過一個可移動的狹縫。愛因斯坦認為，單光子會給狹縫一個極微弱的反衝動量，若能測出這一反衝即可知道光子的路徑（粒子性），而只要狹縫位置足夠精確，干涉條紋（波動性）仍可保留。這一思想實驗直接指向「能否同時獲得波與粒子的完整信息」，被視為量子力學最深刻的悖論之一。
實現這一思想實驗的關鍵在於測量有效的反衝信號，這就要求狹縫的動量不確定度要小於光子的衝擊動量。然而，由於單光子的動量反衝非常微弱，遠小於宏觀物體的動量不確定度。所以，愛因斯坦的這一巧妙的思想實驗在過去近百年仍停留在「思想」層面。
研究組在量子極限條件下實現了最靈敏的「可移動狹縫」：利用光鑷囚禁的單個銣原子作為「可移動狹縫」，使用拉曼邊帶冷卻技術將原子製備至三維運動基態，使其動量不確定性下降至與單光子動量相當的水平。同時，實驗可以通過靈活地調節光鑷囚禁勢阱深度，來改變原子狹縫的動量不確定度。實驗選定一個封閉循環躍遷，排除了原子內態自由度的干擾。為了實現穩定的干涉，研究組發展了主動反饋鎖相技術，將原子熒光的干涉路徑抖動控制到了納米級別。
實驗結果表明，隨着光鑷阱深增強，原子受到的空間限制更強，根據海森堡不確定性原理，其基態動量波函數將更寬。所以經過光子反衝後，原子動量波函數的重疊度增加，導致光子與原子間的糾纏度降低，從而使得光子干涉對比度提高。此外，在實驗中觀察到的干涉對比度下降，部分由原子加熱（經典噪聲）引起。研究團隊通過校準和去除這一經典噪聲影響後，實驗數據與原子處於完美基態（量子極限）時的光子干涉對比度高度吻合。研究組還實現主動調控原子平均聲子數，觀察到聲子數增多引起的干涉對比度的下降，展現了系統從量子到經典的過渡。
該工作在愛因斯坦和玻爾關於量子基礎的爭論近百年之後，首次利用基態單原子作為對單光子動量敏感的「可移動狹縫」，不僅在量子極限層面忠實實現了愛因斯坦思想實驗，而且發展了高精度單原子操控、單原子-單光子糾纏和干涉等精密量子技術，為未來實現大規模中性原子陣列、壓縮態糾錯編碼、以及進一步探索消相干和量子到經典過渡等基礎問題奠定了基礎。
審稿人評價該工作是「對量子力學基礎的重大貢獻」（this is a significant contribution to the foundations of quantum mechanics）、「一個漂亮的實驗」（beautiful experiment）、「一個百年思想實驗的教科書式實現」（a textbook realization of a century old thought experiment）。
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