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量子信息与量子光学实验室郑仕标课题组观测到介观猫态由可逆到不可逆的演化，相关成果以“Observation of the Transition from Reversible to Irreversible Decoherence of Mesoscopic Quantum Superpositions”为题，于10月5日在线发表于国际物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
相干态是最接近经典的量子态，其本身没有量子效应，但由于量子干涉效应，不同相位或幅度的相干态的叠加会呈现出很强的非经典效应。这种叠加态也被称为薛定谔猫态，可用于量子计量学和量子纠错编码。对猫态退相干过程的理解和抑制不仅是实现这些量子技术的前提，而且对于量子到经典的跃迁和量子测量等基本问题的探索具有重要意义。迄今，猫态的不可逆退相干过程已在不同物理系统中得到充分研究，但其可逆退相干过程在实验上尚未被观测到。
最近，量子信息与量子光学实验室郑仕标课题组研究了处于具有可控自由度的热库中的猫态动力学，这种可控性使得课题组能够观测到介观猫态的退相干过程从可逆到不可逆的变化。课题组在一个电路量子电动力学系统中演示了该变化过程。在实验中，一个存储光子猫态的微波谐振器被连接到多个非线性电子振子，被有效耦合到谐振器的每个振子充当热库的一个自由度。
图1 器件与实验脉冲序列 （a）实验装置：一个频率固定的总线微波谐振器B连接10个频率可调的约瑟夫森结非线性电子振子，每个振子都被限制在最低两个能级上以充当量子比特。其中两个量子比特A1和A2用作辅助比特，分别用于制备B中微波光子的猫态和探测其量子相干性，其余量子比特（Q1 -- Q8）充当环境热库，可选择性地与B耦合；（b）实验脉冲序列。
课题组用可区分性表征谐振器量子态的路径信息。实验结果表明，可自发擦除的路径信息随着热库自由度数量的增加而增加。当热库包含足够多的振子时，其所获得的路径信息不能在随后的系统-热库相互作用中被擦除，使得退相干变得不可逆。课题组进一步研究了该开放介观系统的非马尔可夫性质。
图2 单个环境热库比特（Q1）诱导的猫态可逆退相干。（a）不同相互作用时间下测得的Q1
的|ɡ>态布局数；（b）不同相互作用时间下介观场的Wigner函数；（c）冯诺依曼熵的演化。
研究结果发表于Physical Review Letters 137, 150201 (2026)。电影天堂-十大电影天堂平台
的博士生郑日华为论文的第一作者，夏岩、杨贞标、郑仕标教授为论文的共同通信作者。
图3 由可逆到不可逆退相干的渐进转变。（a）不同振子数N下可区分度
的演化；（b）N = 8时，经特定相互作用时间所测得的介观场Wigner函数。
该研究成果受到科技部重大项目、国家自然科学基金、电影天堂
“双一流”建设项目和“物理学科”专项支持。
文章链接：//doi.org/10.1103/t2yx-9bqh
