qm01 用带有梯度的磁场来耦合内外自由度，进而让纳米金刚石的质心振动获得很高的非线性项

http://arxiv.org/pdf/1305.1701v1.pdf

在纳米钻石中制备薛定谔猫态

quantum_gori 5月10日 16:34发布

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自从薛定谔提出薛定谔猫的理想实验之后，物理学家一直在寻找处于薛定谔猫态的宏观物体，至今已经找了80多年了。虽然不可能一步到位的找到处于生与死叠加态的宏观量子系统，但我们可以在电子，原子，小分子中看到薛定谔猫态。直到最近几年人们才在含有几百个原子的复杂大分子中找到了薛定谔猫态存在的证据。寻 找了这么多年，才只有如此小的进展，要在趋近于宏观的量子系统中找到薛定谔猫态似乎是不可能的。

2009年，人们提出了用光束缚冷却微纳米小球的理论设想，认为在这个系统中，质心自由度与噪声源耦合极弱，有可能看到逼近宏观尺度的量子效应。不久，当时还在德州奥斯丁念博士的李统藏就在实验上初步实现了这个想法，用光束缚加反馈冷却使得微纳米小球质心振动温度降低到1毫开尔文附近。要制备薛定谔猫态，只把微纳米小球冷却到量子区域是不够的，还需要很强的非线性的耦合。为此在2011年O. Romero-Isart等人提出用两个光学腔，一个可以冷却小球，一个来提供非线性的耦合，用于制备纳米小球宏观量子叠加态，并最终通过光学腔来观察这个量子叠加态自由演化之后的干涉条纹。这个工作很有启发性，可是并不具备现实性，因为让纳米小球依次通过两个光学腔，并依次实现强线性耦合和非线性耦合是极为困难的。

最近我与加州大学伯克利分校的李统藏博士，张翔教授以及密西根大学与清华大学的段路明教授合作，提出利用纳米钻石颗粒来制备薛定谔猫态，可以极大的增加薛定谔猫态的大小，同时降低对实验的要求，我们称之为“在钻石中养大薛定谔猫”。在我们设想的实验中，只需要一个光学腔来冷却纳米颗粒的质心振动，制备 薛定谔猫态所需的非线性高阶耦合由钻石内部的自旋和位置耦合来提供。实际上，我们发现这种自旋和位置的耦合甚至也可以用来冷却纳米钻石的质心运动到量子基 态附近。

我们知道在钻石中有微量的杂质原子，比如氮原子。如果氮原子与一个空穴配对之后，会形成一个自旋为1的量子系统。这个自旋具有很好的量子相干特性，室温常 压下相干时间达到毫秒量级，其能级受到外加磁场的调控。因此我们可以用带有梯度的磁场来耦合内外自由度，进而让纳米金刚石的质心振动获得很高的非线性项。 这个自旋-光子-位置耦合可以用来制备宏观薛定谔猫态，在制备了钻石质心的位置叠加态之后，把势阱撤去之后，让钻石自由运动，可以观察到其质心波函数的干涉效应。只需要等待几十毫秒，干涉条纹间距就可以达到数十纳米级别，可直接进行观测。这实际上就是在几十纳米大小的颗粒物质中实现了物质波的双缝干涉实验。在纳米金刚石中，原子数目有千万个，乃至上亿个。相比现有的实验，我们的方案如果可以实现的话，所制备的薛定谔猫态向宏观尺度迈进了五六个数量级。

但对于正

 

电荷激子X+, 其电荷组态是一个电子和两个空穴,

测量的偏振度与电子的自旋弛豫机制相关, 在电子

能量弛豫过程中, 电子自旋的弛豫率较小, 因此得

到较高的圆偏振度.