我學者揭示“量子柴郡貓”獨特量子特性

中國科技大學郭光燦院士團隊在量子物理基礎問題研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、許金時、許小冶等人與南開大學陳景靈教授合作，首次實現光子的偏振與其本體分離，進而實現兩個光子偏振的無接觸交換，揭示了“量子柴郡貓”的獨特量子特性，加深了人們對“什麼是物理實在”這一物理學基本問題的認識。

柴郡貓是童話《愛麗絲夢遊仙境》中一隻咧着嘴笑的貓，它（本體）可以憑空消失，但笑容（屬性）還掛在半空中。經典世界中物體的物理屬性，如質量、體積等，與物體的本體是不可分離的。然而在量子世界裏情況有所不同。2013年的理論研究表明微觀粒子的物理屬性（如電子的電荷和自旋，光子的偏振等）可以和其本體分離，這種現象被沃爾夫獎獲得者阿哈羅諾夫等人稱為“量子柴郡貓”。

李傳鋒研究組首次利用雙光子系統展示了兩隻“量子柴郡貓”交換笑臉這一獨特量子效應。他們使用對系統施加微擾的新方法，解決了多體量子系統弱值提取的難題，並製備出雙光子超糾纏態，獲得光子的路徑和偏振觀測量的弱值。實驗觀測到兩光子都處於偏振屬性和光子本體分離的狀態，並各自得到了另一光子的偏振，實現了兩隻“量子柴郡貓”的無接觸笑臉互換。

該研究成果展示了量子世界中物質與其物理屬性靈活多變的關係，加深了人們對“什麼是物理實在”這一物理學基本問題的認識。另一方面，通過引入微擾獲得弱值的方法也將為研究量子物理其他難題提供有力工具。

國際權威學術期刊《自然·通訊》日前發表了這項研究成果，審稿人評價這是“一個里程碑”，是理解量子力學基礎問題的重要進展。