物理学家首次造出反物质量子比特，量子世界更显诡异

欧洲核子研究中心（CERN）本月再获反物质突破，宣布成功制造出史上首个反物质量子比特，为更诡异的量子实验铺平道路。

或许你还记得，CERN近期在物质"邪恶双胞胎" —— 反物质领域取得过突破。物理学界长期存在一个重大谜团：宇宙中物质远多于反物质，这与大多数理论预测相悖。科学家们试图解释这一现象成因的动机不言而喻。

CERN宣布此次反物质研究重大飞跃已触及量子计算领域。在7月23日《自然》期刊发表的论文中，CERN重子-反重子对称实验（BASE）团队宣布首次实现反物质量子比特（qubit） —— 量子计算机最小信息单元的制备。

该量子比特由反质子（质子的反物质对应体）构成，其自旋状态在"上旋"与"下旋"间以完美节律往复振荡，这种奇特的量子摇摆持续了50秒。研究人员称，实现该成果的技术突破标志着人类对反物质的理解取得重大飞跃。

实验中团队采用"相干量子跃迁光谱技术"，以极高精度测量粒子磁矩（即粒子在磁场中的行为特征）。他们首先从CERN反物质工厂获取反质子，将粒子囚禁在电磁彭宁阱 —— 一种磁场的叠加状态中。随后在同一磁体内设置二级复合阱，分离出单个反质子进行自旋态测量与调控。

量子态极为脆弱，易受外界干扰。轻微扰动即可引发系统退相干，导致物理学家期盼的关键信息永久丢失。量子系统的这一根本缺陷曾是BASE团队的核心难题 —— 2017年该团队曾用类似装置证实质子与反质子磁矩几乎完全一致。

团队对技术进行重大革新，重点研发抑制消除退相干的机制。这项艰苦工作终获回报：反质子实现了持续50秒的稳定量子振荡 —— 这种类量子比特叠加态的运动理论上可存储指数级信息量。此外，此次首次在自由核磁矩单粒子层面观测到该现象，此前实验仅能在粒子群中实现。

"我们当场开了香槟庆祝 —— 这是我人生中最美好的时刻！"论文第一作者、CERN物理学家芭芭拉·拉塔茨在邮件中表示，"团队历时五年攻坚，将本已极其精密的实验装置升级至能观测相干自旋态光谱的水平。当同僚们的付出终获回报时，这种成就感无以言表。"

BASE发言人斯特凡·乌尔默声明指出："这既是首个反物质量子比特，更为在精密实验中向单粒子物质/反物质系统应用整套相干光谱技术开辟了前景。"

不过团队认为该成果短期内难以应用于量子计算。"当前采用反物质量子比特并不现实，"拉塔茨解释，"因为反物质的制备存储工程难度远超普通物质。"鉴于物质与反物质基本属性相同，选择后者缺乏实用价值。"但若未来发现二者行为差异，反物质量子比特或具研究意义。"

拉塔茨透露近期将推进技术升级。名为BASE-STEP的改进装置将显著提升反质子研究精度，"磁矩测量精度至少提高10倍，长期目标达百倍精度"。这项突破有望推动量子计算、原子钟等领域技术发展。但研究者强调，实际应用仍需时日。该成果本身却为基础物理学带来深刻启示 —— 这些谜题的解答或许需要数年光阴，但正如物理学家肖恩·卡罗尔评价CERN另一发现时所言："这虽是宏大拼图中的微小碎片，但须知 —— 每一片都至关重要。"

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