2026年10月8日——激光、磁共振成像扫描仪、半导体和量子计算机等现代技术突破，都建立在量子力学研究的基础之上。然而，这一领域的研究主要集中在远超人类感官感知范围的原子及亚原子现象。

在质量足够大、能够明显受到引力影响的物体中展示量子现象，一直十分困难，因为相比纳米尺度的粒子，大型物体更难与热量、振动等环境因素隔离。

如今，冲绳科学技术大学院大学（OIST）的研究人员成功地仅利用电子自旋产生的力，移动了一颗处于悬浮状态、宽约一厘米的金刚石。这是首次观测到量子效应直接操控受引力作用的物体。

他们的研究成果于今日发表在Science Advances上，为研究经典物理与量子物理的边界确立了新的基准，预示着对宇宙基本本质的探索将迎来令人振奋的新进展，同时也有望催生一类精度极高的新型传感器，用于探测暗物质、引力波及其他奇异现象。

OIST量子机器研究组的Jason Twamley教授解释道：“此前已有许多研究尝试检验量子力学是否适用于尺寸超过几十纳米的物体，但迄今尚未成功。现在，我们在一个物体上观测到了量子力引发的经典力学响应，而这个物体的质量比目前最先进的自旋力学实验所用物体高出八到九个数量级。”

用磁体、含杂质的金刚石和少量石墨统一物理学

长期以来，经典物理与量子物理之间的分野一直涉及尺度问题。引力在经典物理中的广义相对论里处于核心地位，但在已经观测到量子现象的纳米尺度上，其作用极其微弱。反过来，位置叠加态——即粒子在被测量之前同时存在于多个明显不同位置的现象——也只在微观层面得到过实验验证。

该研究组的博士生、论文第一作者Anshuman Nayak解释道：“要检验引力的量子本质，我们最终需要让质量足够大的物体进入量子叠加态。而且，这些物体需要在真空中悬浮，以尽量降低环境噪声的影响。通常的做法是从极小的悬浮物体入手，逐步增加其质量，直到引力效应变得不可忽视。但事实证明，利用光阱等传统技术让宏观物体悬浮极具挑战性。因此，我们选择了相反的路线——从大到小。正如抗磁悬浮可以托起磁悬浮列车，它也可以用来悬浮承载金刚石的厘米级物体。在这种尺度下，引力的作用可以非常强，但尚未观测到量子效应。”

关键在于，将同一团队制造、近期已通过实验证实的较小装置组合起来：一块装有反射镜的抗磁悬浮石墨板，通过一根穿过磁屏蔽的碳纤维杆，与悬挂在磁体上方的一颗金刚石相连。这颗金刚石含有数十亿个所谓的氮-空位（NV）色心，它们能够俘获未配对电子，并通过量子自旋力充当微小、可控的量子磁体。用绿色激光周期性地照射金刚石，可以将这些色心极化至预设的自旋态，产生微小的磁场波动，推动金刚石向下移动。研究人员使用干涉仪追踪这一运动，让激光经石墨板上的小反射镜反射，以皮米级精度测量距离变化。

该研究组的博士生、论文共同作者Daehee Kim补充道：“人们对NV金刚石已有充分了解，而且它们易于控制。此外，NV色心具有已知最长的相干时间之一，能够在室温下维持量子叠加态的时间远长于其他系统。因此，在未来研究中，它们对于产生运动或物体的宏观叠加态尤其具有吸引力。”

从理论中的粒子到实验中的猫

Einstein在生命的最后几十年里一直难以接受量子力学。这并不是因为量子力学难以理解，而是因为它提出了一系列与广义相对论有关、迄今无法解答的问题。引力具有量子性质，还是完全属于经典现象？黑洞中心的信息会发生什么变化？暗物质和暗能量是什么？一个有质量的物体真的能同时处于两个位置吗？

这些问题长期未能得到科学解答，很大程度上是因为量子物理与经典物理的数学、理论和实验框架之间存在根本性的脱节。如今，OIST团队通过展示仅由量子自旋产生的力学效应，建立了一个可用于检验奇异物理理论的实验平台。

Twamley总结道：“我们已经展示了微小量子效应引发的显著经典响应。如今，问题已不再是这种技术能否实现，而是我们如何改进实验条件，在Einstein广义相对论适用的范围内实现量子叠加态。在这一过程中，我们也正在开发一类精度极高的新型传感器。我们正将尺度从纳米推进到厘米。只需再提高一个数量级，我们就能最终在现实中观测到薛定谔的猫。”