量子江湖，風(fēng)波不休。百年之前，兩大絕世高手，愛因斯坦與玻爾，于“索爾維論劍”之巔，以思想為刃，以內(nèi)力相拼，留下一樁“反沖狹縫”公案，無人能解。而今，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、陳明城所率門派，閉門煉器數(shù)載，竟以一枚銣原子為狹縫，再現(xiàn)當(dāng)年思辨之局，為這場百年論戰(zhàn)寫下實(shí)證注腳。論文既出，登頂《物理評(píng)論快報(bào)》，江湖震動(dòng)。

第一回 索爾維之巔，雙雄論劍埋伏筆

雙雄論劍就發(fā)生在這屆最著名的大會(huì)上。

話說公元1927年，布魯塞爾“索爾維武林大會(huì)”群賢畢至。其時(shí)量子力學(xué)初現(xiàn)江湖，其功法詭譎，強(qiáng)調(diào)“概率”而非“定數(shù)”，令不少傳統(tǒng)高手心神難安。愛因斯坦大宗師撫掌長嘆：“老夫不信天命，只信因果！”遂出招試煉：

“若設(shè)一雙縫干涉之陣，其中一縫乃可動(dòng)之扉。光子過時(shí)，必與之碰撞，引起狹縫反沖。若吾等以絕世修為，測(cè)此反沖動(dòng)量至極精微，豈非可知光子走哪一條縫？既知其徑（粒子性），又見其紋（波動(dòng)性），玻爾道友所謂‘互補(bǔ)原理’——波粒不可兼得——豈非破矣？”

此招精妙，直指量子根本。然玻爾亦非等閑，沉吟片刻，竟引愛因斯坦自身絕學(xué)“廣義相對(duì)論”之紅移效應(yīng)，佐以海森堡“不確定性原理”，從容化解：

“愛兄且慢。欲測(cè)狹縫反沖，其位必定，然其動(dòng)量之不確定便隨之暴漲。若此不確定大于光子之動(dòng)量，則路徑信息盡湮于混沌，無從提取。非是陣法不靈，實(shí)乃觀測(cè)之舉，本身已擾動(dòng)乾坤。”

一攻一守，未分高下，卻為后世留下無盡懸思。此一論，史稱“量子武道之魂”。

愛因斯坦與玻爾爭論中設(shè)想的實(shí)驗(yàn)裝置，圖片來自論文。

第二回：閉關(guān)煉奇器，原子為縫啟新章

百年間，天下實(shí)驗(yàn)室屢欲重現(xiàn)此局，然皆困于一招：難以尋得那般既輕至可被單光子撼動(dòng)，又純至毫無經(jīng)典雜擾的“理想狹縫”。

直至中科大一派，另辟蹊徑。他們不取凡鐵，不鑄常縫，而是擒來一枚銣原子，以“光鑷”秘技凌空擒拿，再以“三維拉曼邊帶冷卻大法”將其降至運(yùn)動(dòng)基態(tài)，幾近絕對(duì)靜止。此原子，重不及一光子動(dòng)量可撼，純已達(dá)量子極限，正是那思想實(shí)驗(yàn)中“可動(dòng)狹縫”的完美化身。

更精妙處，在于他們練就了調(diào)控此“原子狹縫”內(nèi)力（動(dòng)量不確定性）的獨(dú)門心法：通過調(diào)節(jié)光鑷阱深，如撥弄琴弦，可使原子從“凝神靜氣”（動(dòng)量集中）到“真氣鼓蕩”（動(dòng)量彌散），收放自如。

研究團(tuán)隊(duì)用單個(gè)原子替代了原先的可移動(dòng)狹縫。當(dāng)光子被這個(gè)原子散射后，會(huì)被收集起來形成干涉圖樣。圖片來自論文。

原子狹縫實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，圖片來自論文。

第三回：觀紋見真章，波消粒現(xiàn)在一念

實(shí)驗(yàn)既啟，單光子如俠客飛渡，擊于原子狹縫之上。研究團(tuán)隊(duì)凝神觀紋：

當(dāng)阱深較淺（原子內(nèi)力集中，動(dòng)量確定），光子與原子狹縫糾纏深切，“路徑信息”烙印于原子之上，干涉條紋驟然黯淡，幾乎隱去（可見度降至0.2）。此乃粒子性彰顯，波動(dòng)性隱退。

當(dāng)阱深加深（原子內(nèi)力彌散，動(dòng)量不確定），糾纏減弱，干涉條紋復(fù)現(xiàn)，清晰如畫（可見度回升至0.8以上）。此乃波動(dòng)性重占上風(fēng)。

這一明一暗，隨“旋鈕”調(diào)節(jié)連續(xù)變幻，恰似一幅活化的“波粒二象性太極圖”，將玻爾所言“觀測(cè)與現(xiàn)象本是一體，相互制約”之道，展現(xiàn)得淋漓盡致。

團(tuán)隊(duì)更以絕佳控制，區(qū)分了兩種“道境衰落”：一是思想實(shí)驗(yàn)核心的量子反沖本征噪聲，二是原子受熱導(dǎo)致的經(jīng)典擾攘。由此，他們清晰勾勒出從純量子行為到經(jīng)典行為過渡的橋梁。

干涉可見度隨囚禁阱深的變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)以藍(lán)點(diǎn)表示，理論預(yù)測(cè)值用黑線顯示。在考慮原子有限溫度的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論完美吻合原子狹縫實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖片來自論文。

第四回：百年公案了，新程再啟向深幽

此一役，中科大團(tuán)隊(duì)以精純修為與奇巧構(gòu)思，首次在單光子-單原子的純粹層面，完整實(shí)現(xiàn)百年思想實(shí)驗(yàn)，為愛因斯坦與玻爾之爭落下實(shí)證之錨。

然江湖不止，探索不息。此番磨礪出的單原子精準(zhǔn)操控、單光子-原子糾纏等絕世技藝，已成探索更幽深量子世界的神兵利器。未來，可增“狹縫”之重（如用多原子乃至更重粒子），直探“退相干”與“糾纏”之互搏；亦可借此類平臺(tái)，叩問量子力學(xué)未解之玄關(guān)。

恰逢2025——聯(lián)合國欽定之“國際量子科學(xué)技術(shù)年”，距當(dāng)年論劍已近百載。中科大以此突破遙相叩應(yīng)，既是對(duì)先賢的致敬，亦是對(duì)未來的啟程。

量子之道，幽深似海。此番破局，非為終結(jié)，實(shí)為通向更深?yuàn)W秘的嶄新山門。

后記

12月2日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、陳明城教授等組成的研究團(tuán)隊(duì)在量子物理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域取得重要突破，他們成功在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了近百年前愛因斯坦與玻爾在爭論中提出的“反沖狹縫”量子干涉思想實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)研究成果以Tunable Einstein-Bohr recoiling-slit gedankenexperiment at the quantum limit為題發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

這項(xiàng)研究首次在單原子、單光子的純粹量子層面上，嚴(yán)格意義上實(shí)現(xiàn)了愛因斯坦-玻爾百年前的思想實(shí)驗(yàn)，直觀展示了互補(bǔ)性原理和量子糾纏的深刻聯(lián)系。

本文基于論文及相關(guān)公開資料撰寫，科學(xué)內(nèi)容力求精準(zhǔn)，演繹只為增趣。

編輯：吳歐 郭郭

論文信息

發(fā)布期刊 Physical Review Letters

發(fā)布時(shí)間 2025年12月2日

論文標(biāo)題Tunable Einstein-Bohr recoiling-slit gedankenexperiment at the quantum limit

(DOI：https://doi.org/10.1103/93zb-lws3）

論文研讀及寫作過程使用了AI輔助。