Generating Large Cats with Nine Lives: Long-Lived Macroscopically Distinct Superposition States in Atomic Ensembles
我们提出了在原子系综中建立和稳定长寿命宏观量子叠加态的方法。我们表明，使用全量子参量放大器可以导致两个原子的同时衰变，反过来，创建稳定的原子薛定谔猫态。值得注意的是，即使在适当的参数下，这些腔内原子猫态也可以具有极长的寿命，高达\emph{4 orders of magnitude}，比相同参数条件下的腔内光子猫态的寿命长，达到\emph{tens of milliseconds}。原子猫态的寿命最终被极弱的自旋弛豫和热噪声限制在\emph{several seconds}。我们的工作为实现产生大尺寸和长寿命猫态的长期目标开辟了一条新途径，在基础研究和抗噪声量子技术方面都具有直接利益。
2021-08-30 quant-ph
Slow Decoherence of Superpositions of Macroscopically Distinct States
宏观上不同的量子态（有时也称为薛定谔猫态）的线性叠加，如果暴露在耗散环境的退相影响下，通常几乎立即减少到统计混合。然而，以某种对称性与环境耦合可能导致缓慢的退相干。我们给出了一个现实的量子光学系统中的缓慢退相干薛定谔猫态的具体例子，并讨论了如何在实验上构建它们。
1999-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Conversion of Thermal Equilibrium States into Superpositions of Macroscopically Distinct States
提出并分析了一种获得宏观不同态叠加的简单方法。我们发现，一个热平衡状态可以转换成这样一个状态时，一个单一的宏观观测，如总磁化强度的整体测量。该方法适用于宏观自由度有限（包括零）温度系统。当以高（低）分辨率进行测量时，以高（低）概率获得叠加态。实验证明该方法是可行的。
2018-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
Quantum tetrachotomous states: Superposition of four coherent states on a line in phase space
量子光学薛定谔猫态是两个可区分态的叠加态，这些宏观可区分态之间的量子相干性是量子信息处理的基础和实际用途。我们将这些量子光学猫态称为量子二分态，反映了这种状态是两个选项的叠加，我们引入术语量子多分态来指代多个宏观可区分选项的叠加。对于单个自由度，如位置，我们构造了量子多分裂态作为高斯态在相空间位置线上的叠加。使用这种命名法，量子四分态（QTS）是四个宏观上可区分的状态的相干叠加。我们定义，分析和展示如何创建这样的状态，我们的重点是QTS是由于他们的展览更丰富的现象比量子二分态的经验教训去一般multichotomous状态与量子梳状态作为一个限制的情况下。我们的QTS的表征涉及到维格纳函数，其边缘分布，和光子数分布，我们讨论了QTS的近似实现在一个多耦合阱系统。
2018-10-04 quant-ph
Necessity of Superposition of Macroscopically Distinct States for Quantum Computational Speedup
对于量子计算，我们调查的猜想，宏观不同的状态的叠加是必要的一个大的量子加速。虽然这个猜想是支持基于电路的量子计算机执行肖尔的因子分解算法[A。Ukena和A. Shimizu，Phys.Rev.A69（2004）022301]，它需要被推广以适用于大类算法和/或其他模型，例如基于测量的量子计算机。为了处理这样的一般情况下，我们首先推广的宏观不同的状态的叠加指数。然后，我们推广的猜想，使用广义指数，在这样一种方式，它是明确适用于一般模型，如果量子算法实现指数加速。在此基础上，我们进一步将此猜想推广到Grover的量子搜索算法上，该算法的加速比很大，但是是二次的。证明了这一推广猜想也是正确的。由于Grover算法是求解非结构化问题的一种典型算法，本文的结果进一步支持了上述猜想。
2013-04-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-lived Quantum Coherence between Macroscopically Distinct States in Superradiance
耗散环境的退相影响将宏观上不同的量子态（有时也称为薛定谔猫态）的线性叠加几乎立即减少到统计混合。这个过程称为退相干。以某种对称性耦合到环境可以导致缓慢的退相干。在这封信中，我们表明，大量的二能级原子的集体耦合到一个电磁场模式在一个腔，导致超辐射现象具有这样的对称性，至少近似。我们构造了仅在经典时间尺度上的宏观上不同的量子态的叠加，并提出了一个实验，其中非常缓慢的退相干应该是可观察的。
1999-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Entanglement of macroscopically distinct states of light
薛定谔著名的盖丹肯实验激发了几代物理学家思考量子物理学逻辑应用于宏观物体时出现的明显悖论。量子技术的发展使我们能够产生薛定谔猫的物理类似物，例如宏观不同状态的叠加以及微观和宏观实体的纠缠态。在这里，我们更进一步，准备了一个光学态，用薛定谔的语言来说，它相当于两只猫的叠加，其中一只死了，另一只活了，但我们不知道每只猫处于哪种状态。具体而言，活态和死态分别是位移的单光子和位移的真空（相干态），位移的幅度在$10^8$光子的尺度上。这两种状态具有显著不同的光子统计，因此在宏观上是可区分的。
2019-02-15 physics.optics quant-ph
Macroscopically distinguishable superposition in infinitely many degrees of freedom
Uppsala University（乌普萨拉大学）；University of Calgary（卡尔加里大学）；University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）
本研究探讨了在无限多自由度下，非局部哈密顿量驱动下NCS动态演变为非局部猫态的机制，揭示了标准boson的非局部特性与相干态的关联性。
2025-12-23 math-ph math.FA math.MP
Visualization of superposition states and Raman processes with two-dimensional atomic deflection
提出了利用Λ型原子通过两个正交驻波的偏转来探测和显示原子的叠加态。为了实现这一目标，我们使用大色散和拉曼共振制度的原子场相互作用引起的场的位置相关的相移，并执行双同时空间测量的原子。结果表明，当原子初始处于其低能级态的相干叠加态时，以及当原子在偏转过程中产生叠加态时，原子在驻波模中的偏转空间图样会发生本质上的改变.对于原子的联合动量分布，也有类似的结果。此外，考虑到Λ-原子的单光子和双光子激发机制，我们还说明缺陷原子的二维图案定性地反映了拉曼过程的效率。
2013-07-20 quant-ph
Stable macroscopic quantum superpositions
研究了退相干条件下宏观上不同的量子态叠加态的稳定性。我们引入了一类量子态，它具有类似于Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的纠缠特性，但具有抗噪声和消相干的固有稳定性。我们发现，在对比GHZ状态，这些所谓的级联GHZ状态保持多体纠缠，即使是宏观数量的粒子，并可用于量子精密测量在嘈杂的环境中。我们还提出了一个可扩展的实验实现这些国家使用现有的离子阱设置。
2011-03-17 quant-ph
Quantum States of Fields for Quantum Split Sources
场介导的纠缠实验探测宏观上不同场配置的量子叠加。我们表明，这种现象可以用一个透明的量子场论公式的电磁场和引力场的基础上描述。这种描述的力量在于，它明确地显示了场的宏观不同态的叠加。在（线性化的）量子广义相对论的情况下，这个公式展示了几何的量子叠加产生的效果。
2023-03-16 gr-qc quant-ph
Proposal to test quantum mechanics against macroscopic realism using continuous variable entanglement: a definitive signature of a Schrödinger cat
在薛定谔-猫的量子实验中，猫处于两种宏观上截然不同的状态（活的和死的）的量子叠加态，量子力学的矛盾解释是，猫在被测量之前并不处于一种状态或另一种状态，也不处于活的或死的状态。由于这种对宏观实在的明显蔑视，宏观上不同的态的量子叠加引起了人们的极大兴趣。在这里，我们通过量子力学的可检验的预言来解决客观地证明与宏观实在的矛盾的问题。我们考虑宏观实在性的前提（即“猫”要么是“死的”，要么是“活的”，测量表明了这一点）和宏观定域性（即在一定距离之外同时进行的测量不能引起“猫”的宏观变化，从“死的”到“活的”，反之亦然）。量子力学的预测某些状态，产生的状态表现出连续变量纠缠，被证明是不兼容的预测的所有理论的基础上，这一双重前提。我们的证明遵循贝尔定理，但所有相关测量都会给出宏观上不同的结果。
2001-01-12 quant-ph
Strict experimental test of macroscopic realism in a light-matter-interfaced system
宏观实在论（Macroscopic realism）是一种经典的世界观，认为宏观系统总是确定地处于两个或两个以上宏观上可区分的状态之一，因此永远不会处于这些状态的叠加。在宏观尺度上观察量子现象的可能性是否存在根本限制的问题仍然不清楚。在这里，我们实现了一个严格而简单的协议来测试宏观现实主义的光物质接口系统。我们用两个宏观上可区分的固态成分创造了一个微观-宏观纠缠，并排除了那些否认两个分离固体中10^10个离子共享多达76个原子激发的相干叠加的理论。这些结果提供了一种利用量子存储技术提高原子叠加态尺寸和在更高层次上推进宏观性的一般方法。
2019-10-24 quant-ph
Decoherence bypass of macroscopic superpositions in quantum measurement
研究了一类量子测量模型。微观对象与宏观指针纠缠在一起，使得不同的指针位置与可观察的被测对象的每个特征值相关联。这些不同的指针位置在环境的影响下相互脱散。克服先前方法的限制，我们（i）通过在亚稳态局部热平衡中初始考虑指针和环境来处理它们之间的初始相关性，（ii）允许对象-指针纠缠和环境引起的不同指针读出的退相干同时进行，使得宏观上不同的对象-指针产物状态的混合物在没有干预宏观叠加的情况下出现，和（iii）超越马尔可夫处理的退相干。
2008-01-29 quant-ph
Practical effects in cat state breeding
猫态是宏观上不同状态的叠加。在量子光学中，一种这样的状态是不同相干态的叠加。最近，已经提出了一个协议，用于从较小的资源中制备大的光学猫态。我们认为，模式失配和损失的影响，在准备大的猫态使用该协议，以了解实验的局限性。(This论文以实验性的快速通信格式编写）。
2007-02-07 quant-ph
Numerical model for macroscopic quantum superpositions based on phase-covariant quantum cloning
宏观布居的量子叠加提出了一个问题，即宏观世界在多大程度上服从量子力学定律。最近，这种由最佳量子克隆器产生的光的叠加被证明。它们具有根本性和技术性的意义。我们提出了有用的数值模拟这些国家的方法。它们的性质是由高斯超几何函数，这不能减少到既不初等也不容易处理的功能。讨论了半整数参数和中等幅角的函数的有效计算方法。我们将展示如何动态估计截断涉及此函数的参数进行的无限总和。我们的算法超过了双精度，是可并行化的。根据实验参数，它选择几种求和方式中的一种，以达到最佳效率。本文提出的方法可用于类似实验方案的分析。
2012-06-18 quant-ph
Quantum measurements without macroscopic superpositions
研究了一类量子测量模型。一个微观物体与一个宏观指针纠缠在一起，使得可观察到的被测物体的每个特征值都与一个特定的指针偏转有关。不同的指针位置在水浴的影响下相互退散。对象指针纠缠和不同指针读出的去相干同时进行。宏观上不同的对象指针状态的混合物可能会出现，而没有干预宏观叠加。最初，对象和设备是统计独立的，而后者具有指针和浴根据亚稳态局部热平衡相关。我们得到明确的结果与时间相干性衰减的对象指针动力学一般既不是指数也不是高斯。退相干时间不依赖于细节的指针浴耦合，如果它是小于浴相关时间，而在相反的马尔可夫制度的衰减强烈依赖于耦合是欧姆或超欧姆。
2008-05-22 quant-ph
Quantum mechanics and Leggett's principles of macroscopic realism
基于我们最近提出的一维完全散射模型，我们认为莱格特的宏观实在论原理必须而且能够扩展到单电子和单原子的水平上。这些原理需要在量子力学（QM）中进行三个相当可行的创新：（1）在概念水平上，QM必须将一个纯含时单粒子态处理为一个纯{ \it组合}态--一个纯{\it基本}态之间的中间环节（2）在数学层面上，量子力学必须将纯含时的组合态表示为宏观上不同的基元态的相干叠加（MDES）;（3）在实验水平上，QM必须为这种状态提供两种测量方法--用于观察由MDES的联合作用产生的干涉图样的测量方法，以及用于扫描MDES的单独属性的非破坏性“哪一方向”测量方法。
2007-03-23 quant-ph
Macroscopic entanglement of many-magnon states
研究了N>>1的一维N自旋系统的各种纯态的宏观纠缠。这里，如果一个量子态是宏观上不同的态的叠加，那么它被称为宏观上纠缠的。为了判断这种叠加是否隐藏在一般态中，我们使用一个本质上唯一的指数p：如果p=2，则纯态是宏观纠缠的，而如果p<2，则可能是纠缠的，但不是宏观纠缠的。这个指标直接关系到国家的稳定。我们计算指数p的各种状态，其中磁振子被激发与各种密度和波数。我们发现宏观纠缠态（p=2）以及与p=1的状态。前一种状态是不稳定的，因为它们对某些局部测量是不稳定的。另一方面，后者的状态是稳定的意义上说，他们是稳定的本地测量和他们的退相干率从来没有超过O（N）在任何弱的经典噪声。为了比较，我们还计算了由N/2个自旋组成的子系统的冯诺伊曼熵S（N）作为两体纠缠的度量。我们发现p=1的某些态的S（N）与最大值N/2具有相同的数量级。另一方面，p=2的宏观纠缠态的S（N）小到O（log N）<< N/2。因此，更大的S（N）并不意味着更大的不稳定性。我们还指出，这些结果是类似的相互作用的许多玻色子。进一步讨论了用p或S（N）度量的巨大纠缠的起源是由于磁振子的空间传播。
2004-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum metrology with generalized cat states
我们展示了在量子精密测量中宏观上不同的态的叠加和灵敏度之间的一般关系。广义猫态是通过使用一个索引，提取宏观不同的状态之间的相干性，和各种各样的状态，包括一个经典的混合指数大量的状态，已被确定为广义猫态与此标准。我们发现，如果我们使用的广义猫态的磁场传感无噪声，我们实现了海森堡有限的灵敏度。此外，我们还证明了广义猫态的灵敏度在退相效应下达到了超越标准量子极限的极限标度灵敏度。作为一个例子，我们调查的灵敏度的广义猫状态，是通过一个单一的全球操作上的热平衡状态，并找到一个改进的几个数量级，从以前的传感器。澄清一个广泛的类，包括这样一个奇特的状态计量有用的，我们的研究结果显着拓宽了量子精密测量的潜力。
2019-09-15 quant-ph
Phase-space interference of states optically truncated by quantum scissors: Generation of distinct superpositions of qudit coherent states by displacement of vacuum
传统的Glauber相干态（CS）可以以几种等效的方式定义，例如，通过取代真空，或者，明确地说，通过它们在福克态的无限泊松膨胀。众所周知，如果将这些定义应用于有限$d$ -级系统（qudits），则这些定义变得不等价。我们给出了量子阱CS的比较Wigner函数描述，它由截断位移算符对真空的作用和截断于$(d-1)$ -光子Fock态的Glauber CS在Fock态的泊松展开定义.这些态可以分别用非线性和线性量子剪刀器件从经典光中通过光学截断产生。我们展示了一个令人惊讶的效果，一个宏观上可区分的叠加的两个qudit CS（根据这两个定义）可以产生高保真度，通过取代真空中的qudit希尔伯特空间。如果量子点维度$d$是偶（奇）的，那么叠加态包含只有奇（偶）光子数的福克态，这可以被称为奇（偶）量子点CS或女（男）薛定谔猫态。这种现象可以解释为单个CS与其从希尔伯特空间的最高能量Fock态的反射的干涉，如通过维格纳函数的相空间干涉清楚地看到的。我们还分析了量子态CS的非经典性质，包括它们的光子数统计和Wigner函数的非经典体积，Wigner函数是态的非经典性（量子性）的定量参数。最后，我们研究了光学断层图像，它可以直接测量在零差检测的分析量子点猫状态，并使其维格纳函数的完整重建。
2014-03-11 quant-ph
Q-based, objective-field model for wave-function collapse: Analyzing measurement on a macroscopic superposition state
Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）
本文提出基于Q的客观场模型，通过分析宏观叠加态测量过程，揭示波函数坍缩为两个阶段：幅值放大和信息丢失。
2026-09-09 quant-ph
Magnetically Induced Schrödinger Cat States: The Shadow of a Quantum Space
本研究提出在带外势、受垂直均匀强磁场作用的二维非相对论电偶极子系统中生成纠缠薛定谔猫态的方案，并证实特定参数下该系统可出现纠缠坍缩与复兴现象，为量子信息技术提供潜在资源。
2024-08-13 hep-th quant-ph
Creating cat states in one-dimensional quantum walks using delocalized initial states
猫态是宏观上不同态的相干量子叠加，对于理解经典世界和量子世界之间的边界很有用。由于它们的宏观性质，猫态很难在物理系统中制备。我们提出了一种在一维量子行走中利用步行者的离域初态来产生猫态的方法。由于量子行走可以在任何量子系统上进行，因此我们的建议可以实现猫态的平台无关性。我们进一步表明，有效量子行走哈密顿量的线性色散关系，这支配的动力学的离域态，是负责的猫态的形成。我们分析了这些状态对环境相互作用的鲁棒性，并提出了在量子漫步的光子实现中控制和操纵猫态的方法。
2016-09-15 physics.optics quant-ph
Generation and manipulation of Schrödinger cat states in Rydberg atom arrays
量子纠缠是量子理论最显著的特征之一，它涉及宏观上不同状态的相干叠加，但它的实现是具有挑战性的，因为这种状态是极其脆弱的。使用一个可编程的量子模拟器的基础上中性原子阵列与介导的里德伯态的相互作用，我们证明了确定性生成的'薛定谔猫'的格林伯格-霍恩-蔡林格（GHZ）型的状态与多达20个量子比特。我们的方法是基于工程的能量谱和使用多体系统的最优控制。我们进一步展示了纠缠操纵通过使用GHZ状态来分配纠缠到阵列中的远程站点，建立量子信息处理和量子精密测量的重要成分。
2019-08-09 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph quant-ph
