潘建伟团队取得量子研究重大进展，终结爱因斯坦与玻尔世纪之辩

　　在量子力学诞生近百年后的今天，一场跨越世纪的物理学争论终于在实验室中迎来了最令人信服的“判决”。中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、陈明城教授团队宣布，他们利用光镊囚禁的基态单原子，成功构建了爱因斯坦在1927年索尔维会议上提出的“反冲狭缝”思想实验。这项发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）并获得编辑特别推荐的研究，不仅以教科书般的精确度验证了玻尔的互补性原理，更为人类在单原子级别上的量子操控技术树立了新的标杆。

　　这项突破性的实验观测到了原子动量可调谐的干涉对比度渐进变化过程，直观展示了物理系统如何从遵循概率波动的量子世界平滑过渡到确定性的经典世界，终结了关于波粒二象性互斥机制长达一个世纪的哲学与技术探讨。

　　要理解这项工作的深远意义，必须回溯到物理学史上最黄金的年代。1927年10月，第五届索尔维会议在布鲁塞尔召开，这被后世誉为物理学界的“诸神之战”。会议上，阿尔伯特·爱因斯坦作为量子力学的质疑者，与哥本哈根学派的领袖尼尔斯·玻尔展开了激烈的交锋。爱因斯坦并不接受海森堡的不确定性原理，他试图通过一系列巧妙设计的思想实验来证明量子力学的不完备性。

　　在双缝干涉实验的经典图景中，粒子穿过狭缝会在屏幕上形成干涉条纹，表现出波动性；但一旦观测者试图探测粒子究竟穿过了哪一条狭缝（获得路径信息），干涉条纹就会消失，粒子表现出粒子性。玻尔将这种现象总结为“互补性原理”：波和粒子的属性不能同时被完全观测。

　　爱因斯坦为了挑战这一论断，提出了著名的“可移动狭缝”（Refcoiling Slit）思想实验。他设想，如果让单光子穿过一个悬浮的、可自由移动的狭缝，光子在发生偏转时会给狭缝一个反作用力（反冲动量）。爱因斯坦认为，只要极其精确地测量狭缝在光子通过前后的动量变化，就能利用动量守恒定律反推出光子的路径；同时，如果狭缝的位置测量足够精确，屏幕上的干涉条纹理应保留。如果这一设想成立，海森堡的测不准关系和玻尔的互补性原理就将土崩瓦解，人们将能够同时获得“路径”与“干涉”的完整信息。

　　在当时，玻尔的反驳虽然在逻辑上挽救了量子力学——他指出狭缝本身也必须遵循量子力学的不确定性原理，精确测量动量会扰动位置——但在随后的近一百年里，爱因斯坦的这个实验始终停留在“思想”层面。原因在于这是一个极端的量级挑战：单光子的动量极微小，而宏观材料制成的狭缝质量太大，其动量不确定度远超单光子的反冲动量，使得任何试图测量这一反冲的努力都会淹没在宏观的噪声之中。

　　中国科学技术大学研究团队的突破在于，他们改变了实验的尺度。既然宏观的狭缝太重，那么为什么不用一个原子来充当“狭缝”？

　　潘建伟、陆朝阳与陈明城团队设计了一种极致灵敏的实验装置。他们利用光镊技术（一种利用激光聚焦束捕获微小粒子的技术）囚禁了单个铷原子，将其作为物理上的“可移动狭缝”。为了让这个原子狭缝对光子的微弱推力足够敏感，研究人员使用了拉曼边带冷却技术，将原子的运动状态冷却到了三维运动的基态。在这种状态下，原子的动量不确定性被压缩到了极致，下降至与单光子动量相当的水平。这标志着实验系统进入了真正的量子极限。

　　在实验过程中，原子不仅是光子通过的通道，更是量子测量的核心探针。研究团队通过灵活调节光镊囚禁势阱的深度，相当于在实验上精确控制了“狭缝”固定的松紧程度。当势阱很深时，原子被紧紧束缚，位置确定性极高，但根据不确定性原理，其动量的不确定度也随之增大，导致其动量波函数变宽。此时，光子通过时的反冲动量即使叠加在原子的动量波函数上，也无法被有效区分，这意味着无法获得光子的路径信息。实验结果显示，在这种情况下，屏幕上的干涉条纹清晰可见，对比度极高。

　　相反，当势阱变浅，对原子的束缚减弱，原子的动量波函数变窄。此时，单光子撞击造成的微弱反冲足以使原子的动量状态发生可分辨的改变。这种动量状态的变化不仅标记了光子的路径，更重要的是，它导致原子与光子之间产生了量子纠缠。根据量子力学原理，这种纠缠导致了光子自身状态的混合，从而破坏了相干性。实验数据精确地描绘了这一过程：随着光子路径信息（通过测量原子反冲）逐渐变得可知，干涉条纹的对比度通过一条平滑的曲线逐渐下降，直至消失。

　　为了确保实验的纯粹性，研究组选定了一个封闭循环跃迁，排除了原子内态自由度可能带来的干扰。更令人惊叹的是，为了在微观尺度上实现稳定的干涉，团队发展了主动反馈锁相技术，将原子荧光的干涉路径抖动控制在了纳米级别，确保了数据的真实性和可靠性。

　　该实验不仅是对历史争论的回应，更是对量子到经典过渡机制的一次深层探索。在实验中，研究人员还观察到了干涉对比度的非理想下降，这部分归因于原子加热等经典噪声。通过主动调控原子的平均声子数（即热运动的量子化描述），研究组清晰地展示了随着系统声子数的增加，干涉效应是如何因环境噪声的引入而衰减的。这一步骤成功剥离了经典噪声的影响，证实了在校准后，实验数据与原子处于完美基态时的理论预测高度吻合。

　　这种“全量程”的观测——从纯粹的量子纠缠导致的相干性丧失，到热噪声引起的退相干——展示了物理世界如何从量子力学的奇特规则逐渐过渡到我们熟悉的经典物理世界。

　　《物理评论快报》的审稿人对该工作给予了极高的评价，称其为“对量子力学基础的重大贡献”以及“一个百年思想实验的教科书式实现”。美国物理学会Physics栏目亦紧随其后，以“单原子的爱因斯坦狭缝”为题进行了专题报道。

　　这项研究的成功，标志着中国在精密量子技术领域继续保持世界领先地位。它不仅在基础物理层面再次确认了海森堡极限下的互补性原理，更为实际应用奠定了基石。实验中发展的高精度单原子操控、单原子-单光子纠缠与干涉技术，是未来实现大规模中性原子量子计算阵列的关键要素。此外，对于量子纠错编码的压缩态制备，以及探索量子系统如何在复杂环境中保持相干性（即对抗消相干），该实验提供了一个极其理想的测试平台。

　　当爱因斯坦在1927年构思那个可移动的狭缝时，他或许未曾预料到，人类需要花费近一个世纪的时间，将技术推进到操纵单个原子的地步，才能真正完成他设想的这一幕。而今，通过中国科学家的努力，那个曾在索尔维会议上引发激辩的思想实验，终于在实验室的激光束中变成了现实，以一种最优雅的方式，为量子力学的核心基石补上了最后一块拼图。