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中国科学技术大学研究人员与合肥国家实验室研究人员合作，利用激光冷原子方法制备出基于自旋的薛定谔猫态，其寿命达到分钟量级，有助于提升对自旋进动相位测量的灵敏度。相关研究成果日前发表于《自然-光子学》。

在量子精密测量中，自旋进动不仅是测量磁场、惯性等许多物理现象的有效探针，还可用于探索超越标准模型的新物理。在做自旋进动测量时，高自旋薛定谔猫态具有明显优势，一方面是因为高自旋量子数放大了进动频率信号；另一方面是因为猫态对一些环境干扰因素不敏感，从而压制了测量噪声。然而，实验中应用猫态面临两大技术挑战：一是如何在高维量子空间中实现幺正变换的高效操控，二是如何保持足够长的量子相干时间。

在该研究中，研究团队成功实现了一种具有超长相干时间的薛定谔猫态。研究人员利用光晶格囚禁自旋为5/2的镱-173原子，通过控制激光脉冲对原子诱导非线性光频移，制备出由自旋投影为+5/2与-5/2两个态组成的叠加态。由于这两个态的磁量子数相距最远，所以它们的叠加态被称为薛定谔猫态。这种猫态具有增强的磁场灵敏性，同时在光晶格中感受到完全相同的光频移，处于“无消相干子空间”中，从而对光晶格的强度噪声和光斑形貌变化具有天然的免疫性。实验结果表明，该猫态的相干时间突破了20分钟。通过Ramsey干涉测量法，研究人员证实了接近单原子海森堡极限的相位测量灵敏度。

研究人员介绍，这一长寿命薛定谔猫态为原子磁力计、量子信息纠错以及探索新物理等开辟了新途径。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01555-3

（原载于《中国科学报》?2024-11-27?第1版?要闻）