爱华网“薛定谔猫”是量子力学最著名的思想实验之一：小猫关进的箱子有毒气装置和衰变几率50%的原子，如果原子衰变小猫则被毒死。如果不打开箱子，由于量子处于不确定的叠加态，那么小猫也就是“又死又活”的。
近日有消息称，通过巧妙的实验设计，物理学家成功探测了一个精细量子态而没有破坏它，相当于偷窥了一眼薛定谔的猫而没有让它死掉。
“测不准”的量子
与人们熟知的世界截然不同，自然界微观领域其实是个常识难以理解的量子世界。在量子世界中，对于光或者物质的单个粒子，经典物理规律已经不再适用，取而代之的是量子物理。不知是死是活的“薛定谔猫”、不知光子通过左缝还是右缝的双缝衍射实验，就是对量子物理奇特规律的绝佳描述。
量子物理的一个基本原理是“测不准原理”，由德国物理学家海森堡于1927年提出。该原理表明，一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。这反映了微观粒子运动的基本规律。
量子物理的诞生，与20世纪初对光的研究密不可分，从光的“波粒二象性”催生了量子物理学的诸多解释。然而此后很多年间，对实验物理学家来说，在微观层面上研究光与物质的相互作用都几乎是不可能的事。原因在于，处于量子态的单个粒子并不容易从周围环境中分离出来，一旦它们与外部世界发生互动，很快就会丧失它们神奇的量子特性。因此，量子物理预言了许多古怪的现象，却无法被直接观测到。研究它们的科学家只能开展“思维实验”，借助数学等理论工具进行研究。
然而通过巧妙的实验方法，赛尔日·阿罗什（Serge Haroche）和戴维·瓦恩兰（David Wineland）的研究小组成功实现了对单个量子系统的测量和控制，颠覆了之前人们认为其无法被直接观测的看法。
殊途同归，成功操控量子
在今年诺贝尔物理学奖公布之前，不少媒体都曾看好被誉为“上帝粒子”的希格斯玻色子能够获奖。今年7月，欧核中心的大型强子对撞机很可能发现了这一粒子。
然而，有数以千计的物理学家参与了相关研究，光做出重要理论贡献者就有包括希格斯本人在内的至少6位；但一个诺贝尔奖最多只能授予3人。
开启量子物理学实验新时代
阿罗什与瓦恩兰同生于1944年，他们从上世纪80年代开始带领各自的研究小组，分别发展出理想的方法，用于测量并操控非常脆弱的量子态。具体而言，两人所采用的方法既有共通特点，亦各有精妙之处。
瓦恩兰的做法是用激光冷却带电的离子，令其处于超低温的状态，能量也降到最低，这样，原先能量和状态极其不稳定的离子就被“囚禁”了，然后就可以用光（光子）操纵这些单个离子的内部状态。这种被称为“离子井”的系统，关键在于巧妙的使用激光束、以及激光脉冲抑制了离子的热运动，离子因此进入特定的量子叠加态中——叠加态正是量子世界最神秘的特性——从而保持住了单个粒子的量子特征。
而阿罗什虽然同样使实验处于真空和超低温环境，却采用完全相反的手段：利用原子对光子进行操控和测量。2006年，他的研究团队将两面特制的、反射能力极强的镜子组成空腔，成功捕获住光子并让其在空腔中停留0.1秒以上（这点时间已足够光子在消失前绕地球一圈），并让里德伯原子（比一般原子大1000倍的巨大原子）穿过空腔，每次通过一个里德伯原子，原子离开时，会“告诉”他空腔里还有没有光子，并帮助研究者对光子的特性做出测量。
试着分别去操纵一个光子与离子，借以深入洞察一个微观的世界——原本仅仅是理论学派的领域，正是塞尔日·阿罗什与戴维·瓦恩兰的研究“打开了新时代量子物理学实验领域的大门”。现在，借助他们的新方式，实验物理学家们得以操控单个粒子，或者对粒子进行计数。
量子计算，有望改变未来
近日媒体报道，由澳大利亚新南威尔士大学科学家领导的研究团队基于硅材料内的单个原子，制成了首个可工作的量子位。这是量子计算机中信息基本单位首次被证实可以工作，而且与现有电子设备一样以硅材料为基础。
评论认为，这一成果具有里程碑式的意义，为未来研发超强大的量子计算机铺平了道路。
量子信息技术：下一次信息革命
阿罗什和瓦恩兰的获奖，是量子信息技术领域首次登上诺贝尔奖的领奖台。诺贝尔物理学奖评审委员会认为，本次获奖两位科学家的贡献，首次让这一领域的研究向应用层面发展，让新一代的超级量子计算机的诞生有了初步可能。
随着信息时代的深入，人们对计算能力的需求不断水涨船高，然而现有基于集成电路的传统计算机却渐渐潜力耗尽，力不从心。科学界认为，下一代计算机将是建立在量子层面的，它将比传统的计算机数据容量更大，数据处理速度更快。
在量子计算世界里，计算机运算的单位不是现在的“位”，而是微小而高效的“量子位”，用做信息处理，制作成量子芯片。与传统计算机一样，量子计算机的基本数据单位依然是比特——0或1，但由于量子的叠加特性，一个量子比特可以同时表现为0和1，两个量子比特就是00、01、10、11四种状态。以此类推，300个量子比特承载的数据量便可达到2的300次方，超过整个宇宙中原子数量的总和，由此带来运算速度的极大提升。假设有一个需要现在全世界所有计算机加起来还得花100万年的问题，量子计算机只需要几分钟。
此外，评委会还表示，两位获奖者也在极端精准的光子钟领域有着重大贡献。光子钟是世界上最精准的钟，比目前的最精准的铯原子钟要精确好几百倍。铯原子钟每2000万年出现1秒钟误差，但如果实现基于量子的时钟，时间还能精确到每20亿万年才有1秒钟误差，也就是从宇宙大爆炸至今的130多亿年时间里，误差还不到千分之一秒。
