量子信息中心提出制备冷冻细菌量子叠加、量子纠缠与量子隐形传态的理论方案_新闻动态

量子信息中心提出制备冷冻细菌量子叠加、量子纠缠与量子隐形传态的理论方案

2016年06月23日浏览次数: 0

清华大学交叉信息研究院量子信息中心尹璋琦助理研究员与美国普渡大学合作，提出制备冷冻活体细菌的量子叠加态、量子纠缠和量子隐形传态的理论方案，研究论文“Quantum superposition, entanglement, and state teleportation of a microorganism on an electromechanical oscillator”（《电力学振子上微生物的量子叠加、纠缠与隐形传态》）于今年初发表在Science Bulletin（《科学通报》）上。

图1：利用超导电路力学振子系统协同冷却冷冻的细菌到量子基态。

自从1935年薛定谔提出了薛定谔猫理想实验以来，物理学家对制备宏观系统的量子叠加态越来越感兴趣。到目前为止，已实现了单个原子，大分子，乃至微米尺度机械振子的量子叠加态。近年来，人们把目光投向了生命体，我们能否如同薛定谔猫的原始定义那样，制备生命体的量子叠加态？最近，尹璋琦助理研究员与美国普渡大学物理系与电子工程系李统藏助理教授合作，提出把冷冻但保持生命活性的细菌粘在铝薄膜机械振子表面，同时冷却振子到量子基态。由于细菌的质量远小于振子，附着了细菌的振子频率与品质因子几乎没有变化，这意味着细菌也随之被制备到了量子基态。不仅如此，与超导电路耦合在一起的薄膜机械振子可以很容易的被制备到各种量子状态，比如说量子叠加态，量子纠缠态等等。

论文随后讨论了用微波电路作为媒介，让两个互相远离的薄膜纠缠起来，从而实现了远距离的两个微生物之间的量子纠缠。我们还可以实现两个相距遥远的细菌内部电子自旋之间的量子隐形传态，把一个微生物的量子态传输到另外一个微生物上。这个方案具有很强的实验可行性，为实验上制备出生命体的量子叠加态，量子纠缠态乃至生物内态的量子隐形传输指明了途径。此外，这个方案还有望用于精确地测量细菌内部分子的结构和缺陷，实现量子极限下的分辨率，帮助我们更本质地理解生物大分子如何发挥功能。

论文去年9月以arXiv预印本形式发布时，就获得广泛关注和报道。中国《科技日报》头版报道并配发总编辑评论。英国的 Physics World 网站记者专门采访了尹璋琦博士，并以《薛定谔的细菌能处于量子叠加么？》报道了此工作。英国《卫报》两次专题报道这个工作，英国牛津大学的David Deutsch教授评论说： “Demonstrating that something is in different places simultaneously is an excellent way of demonstrating the reality of quantum superpositions.”论文正式发表后，又得到了包括财经媒体在内的更广泛的报道和关注。最近，物理学家Sabine Hossenfelder在美国福布斯网站上发表的《10 Quantum Truths About Our Universe》引用了此工作。据Google Scholar检索，论文已被引用10次。

《Science Bulletin》是《科学通报》的英文版，由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办，力求及时报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性和高水平的、有重要意义的最新研究成果。论文的第一作者是李统藏助理教授，第二作者为尹璋琦助理研究员，李统藏与尹璋琦是论文的共同通讯作者。此项研究得到了科技部973导向项目和国家自然科学基金的资助。

论文链接：

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

国内外媒体报道如下：

1. 环球科学, "量子“薛定谔的猫”将成现实？至少“薛定谔的细菌”不远了".

2. 科技日报，“物理学家计划让有机生命“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".