百年量子之争尘埃落定！中科大单原子实验验证互补性原理

快科技12月5日消息，中国科学技术大学研究团队近日完成了一项具有里程碑意义的实验——首次实现1927年爱因斯坦与玻尔争论中提出的“反冲狭缝”量子干涉思想实验，为这场持续近百年的世纪之争画上句号。

实验成功观测到原子动量可调谐的干涉对比度渐进变化过程，不仅证实了海森堡极限下的互补性原理，还清晰展示了从量子态到经典态的连续转变过程。相关成果以编辑推荐形式于2025年12月3日发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。

1927年第五届索尔维会议合影与爱因斯坦玻尔争论中的思想实验示意图

回溯至1927年索尔维会议，爱因斯坦为挑战玻尔提出的“互补性原理”（即量子物体的波动性与粒子性无法同时被观测），设计了“反冲狭缝”思想实验。他认为，单光子穿过可移动狭缝时会给狭缝带来微弱反冲动量，若能测量这一反冲（获取粒子性信息）同时保留干涉条纹（观测波动性），就能证明波粒二象性可同时观测，进而否定互补性原理。

玻尔则反驳称，测量反冲会引入动量扰动，导致干涉条纹消失，二者无法共存。这一思想实验直指量子力学核心悖论——能否同时获取波与粒子的完整信息，成为近百年未解的科学谜题。由于单光子反冲动量极微弱，宏观狭缝的动量不确定度远大于该数值，实验验证长期无法实现。

单光子单原子量子干涉仪实现爱因斯坦思想实验的装置示意图

中科大团队创新采用光镊囚禁单个铷原子作为“可移动狭缝”，通过拉曼边带冷却技术将原子制备至三维运动基态，使其动量不确定度降至与单光子动量相当的水平。实验结果显示：随着光镊阱深增强，原子空间限制更显著，依据海森堡不确定性原理，其基态动量波函数会更宽；光子反冲后，原子动量波函数重叠度增加，光子与原子纠缠度降低，最终导致光子干涉对比度提高。

势阱深度可调的基态单原子实验中干涉对比度渐变数据图

此次实验并非否定爱因斯坦思想实验的科学价值，而是通过技术突破完成了经典悖论的实测验证。它以实证方式终结了这场世纪之争，有力证明了量子力学互补性原理的普适性，为量子力学基础理论研究提供了关键实验支撑。

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