量子信息中心提出制備冷凍細菌量子疊加、量子糾纏與量子隱形傳態的理論方案_新聞動態

量子信息中心提出制備冷凍細菌量子疊加、量子糾纏與量子隱形傳態的理論方案

2016年06月23日瀏覽次數: 0

清華大學交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究員與美國普渡大學合作，提出制備冷凍活體細菌的量子疊加態、量子糾纏和量子隱形傳態的理論方案，研究論文“Quantum superposition, entanglement, and state teleportation of a microorganism on an electromechanical oscillator”（《電力學振子上微生物的量子疊加、糾纏與隱形傳態》）于今年初發表在Science Bulletin（《科學通報》）上。

圖1：利用超導電路力學振子系統協同冷卻冷凍的細菌到量子基態。

自從1935年薛定諤提出了薛定諤貓理想實驗以來，物理學家對制備宏觀系統的量子疊加態越來越感興趣。到目前為止，已實現了單個原子，大分子，乃至微米尺度機械振子的量子疊加態。近年來，人們把目光投向了生命體，我們能否如同薛定諤貓的原始定義那樣，制備生命體的量子疊加態？最近，尹璋琦助理研究員與美國普渡大學物理系與電子工程系李統藏助理教授合作，提出把冷凍但保持生命活性的細菌粘在鋁薄膜機械振子表面，同時冷卻振子到量子基態。由于細菌的質量遠小于振子，附著了細菌的振子頻率與品質因子幾乎沒有變化，這意味著細菌也隨之被制備到了量子基態。不僅如此，與超導電路耦合在一起的薄膜機械振子可以很容易的被制備到各種量子狀態，比如說量子疊加態，量子糾纏態等等。

論文隨后討論了用微波電路作為媒介，讓兩個互相遠離的薄膜糾纏起來，從而實現了遠距離的兩個微生物之間的量子糾纏。我們還可以實現兩個相距遙遠的細菌內部電子自旋之間的量子隱形傳態，把一個微生物的量子態傳輸到另外一個微生物上。這個方案具有很強的實驗可行性，為實驗上制備出生命體的量子疊加態，量子糾纏態乃至生物內態的量子隱形傳輸指明了途徑。此外，這個方案還有望用于精確地測量細菌內部分子的結構和缺陷，實現量子極限下的分辨率，幫助我們更本質地理解生物大分子如何發揮功能。

論文去年9月以arXiv預印本形式發布時，就獲得廣泛關注和報道。中國《科技日報》頭版報道并配發總編輯評論。英國的 Physics World 網站記者專門采訪了尹璋琦博士，并以《薛定諤的細菌能處于量子疊加么？》報道了此工作。英國《衛報》兩次專題報道這個工作，英國牛津大學的David Deutsch教授評論說： “Demonstrating that something is in different places simultaneously is an excellent way of demonstrating the reality of quantum superpositions.”論文正式發表后，又得到了包括財經媒體在內的更廣泛的報道和關注。最近，物理學家Sabine Hossenfelder在美國福布斯網站上發表的《10 Quantum Truths About Our Universe》引用了此工作。據Google Scholar檢索，論文已被引用10次。

《Science Bulletin》是《科學通報》的英文版，由中國科學院和國家自然科學基金委員會共同主辦，力求及時報道自然科學各學科基礎理論和應用研究方面具有創新性和高水平的、有重要意義的最新研究成果。論文的第一作者是李統藏助理教授，第二作者為尹璋琦助理研究員，李統藏與尹璋琦是論文的共同通訊作者。此項研究得到了科技部973導向項目和國家自然科學基金的資助。

論文鏈接：

http://link.springer.com/article/10.1007/s11434-015-0990-x

國內外媒體報道如下：

1. 環球科學, "量子“薛定諤的貓”將成現實？至少“薛定諤的細菌”不遠了".

2. 科技日報，“物理學家計劃讓有機生命“分身””

3. Guardian, "Schrödinger’s microbe: Physicists plan to put living organism in two places at once".

4. Phys.org "Research pair offer a way to put a living organism into superposition state".

5. MSN.com "Schrödinger's cat experiment to be tested using live organisms for the first time".

6. PhysicsWorld.com "Could 'Schrödinger's bacterium' be placed in a quantum superposition?"

7. The Conversation: "Physicists prove ‘quantum spookiness’ and start chasing Schrödinger’s cat ".

8. Iran Daily reported as "Putting living organism into superposition state".

9. Vice.com "'Schrödinger's Bacterium' Puts a Biological Spin on Quantum Mechanics".