薛定谔的猫，一个源于量子力学深处的悖论式形象，长期以来一直是量子世界奇异和违反直觉本质的有力象征。埃尔温·薛定谔在 1935 年构思的这个思想实验，旨在强调将量子叠加应用于宏观物体时的荒谬性。虽然字面意义上的宏观叠加在我们日常经验中仍然难以捉摸，但在微观系统中创造和操纵类似的“猫态”已成为量子研究的基石，推动着我们理解的边界，并为革命性技术铺平了道路。

传统上，这些脆弱的量子态只能在最严格的条件下才能被诱导产生，需要接近绝对零度的温度才能最大限度地减少环境干扰。然而，最近一项发表在《科学进展》上的突破性研究，通过在超导微波谐振器中成功创建所谓的“热”薛定谔猫态，打破了这一范式，证明了量子现象在明显更温暖的环境中依然存在。这一成就不仅加深了我们对量子-经典界限的基本理解，而且对未来量子技术也具有广阔的应用前景。

薛定谔猫的谜团源于量子叠加原理。在量子领域，粒子可以以多种状态的概率组合形式存在，直到测量迫使它们进入单一、确定的结果。薛定谔的思想实验将这一概念推向了极致。想象一只猫在一个密封的盒子里， 有放射性原子和一个装有毒药的小瓶。如果原子衰变（一个具有一定概率的量子事件），它会触发一个机制打破小瓶，杀死猫。如果原子不衰变，猫仍然活着。

根据量子力学，在打开盒子进行测量之前，原子以衰变和未衰变两种状态的叠加态存在。因此，猫的命运与原子息息相关，也应该处于生死两种状态的叠加态。这种看似荒谬的情景突显了量子世界中概率性和叠加性与我们所经历的确定性经典现实之间的鲜明对比。

在实验物理学领域，创造薛定谔猫类似物的努力一直集中在实现微观系统中的叠加态，通常称为“猫态”。这通常涉及创建一个量子物体，使其同时占据两种不同的、宏观上可区分的状态，例如不同的位置、能级或振荡幅度。多年来，这些脆弱状态的创造与对极低温度的需求密切相关。其背后的原理是，温度代表系统中粒子平均动能。

较高的温度会导致热涨落和与环境相互作用的增加，这会迅速破坏量子叠加所需的精细相干性。这个过程被称为退相干，有效地将量子态坍缩为经典的可能性混合物，就像打开薛定谔的盒子迫使猫处于活着或死亡状态一样。因此，先前在诸如捕获离子、超导电路和光子等系统中创建猫态的实验总是涉及将这些系统冷却到非常接近绝对零度的温度。

最近的工作标志着与这种既定范式的重大背离，研究人员已成功地在高达 1.8 开尔文的温度下，在超导微波谐振器中产生了薛定谔猫态。虽然从日常标准来看仍然非常冷，但这个温度大约是实验腔内环境温度的六十倍。这一成就非同寻常，因为它表明，即使在系统受到显著热激发的情况下，也可以实现和观察到量子叠加。研究人员恰如其分地将这些状态命名为“热”薛定谔猫态，这与薛定谔最初的思想实验相呼应。

为了实现这一壮举，研究人员利用了一个透射子量子比特（一种超导量子比特），它耦合到一个微波谐振器。谐振器充当产生猫态的量子物体。他们采用了两种专门改编的协议，这些协议以前用于从系统的基态（最低能量态）开始生成猫态。令人惊讶的是，即使在系统未处于基态而是处于热激发态时，这些协议也被证明是有效的。通过仔细控制量子比特和谐振器之间的相互作用，研究人员能够诱导谐振器进入两种不同的振荡状态的叠加态，从而有效地创建了“热”薛定谔猫态。观察到清晰的量子干涉图样——叠加态的明确标志——证实了这些状态的成功产生。

这项研究的意义深远，涵盖了基础科学和技术应用两个方面。从基础科学的角度来看，这项工作扩展了我们对量子相干性极限以及温度在破坏量子效应中的作用的理解。它表明，即使在存在显著热激发的情况下，也有可能设计和观察到鲁棒的量子叠加。这表明量子力学和热力学之间的关系可能比以前认为的更加微妙，并为探索量子领域和经典领域之间的界限开辟了新的途径。