基于自旋的量子引力性质测试路径

物理学中一个关键的开放性问题是如何正确地将引力(由广义相对论描述)与其他所有现象(由量子力学描述)统一起来。这一问题暗示广义相对论乃至量子力学本身可能需要根本性修正。多数物理学家预期引力应具有量子特性,但引力本质上不同于其他基本力——因为唯独它通过时空几何结构来描述。必须通过实验验证引力(进而验证时空本身)是量子性还是经典性的。该研究团队提出了一项实验方案:通过检测引力能否使两个微米级晶体发生纠缠,来验证引力的量子属性。实现路径是首先利用嵌入式自旋系统和施特恩-格拉赫力,使每个晶体形成宏观量子叠加态(可采用含氮-空位中心的纳米金刚石作为晶体材料),随后测量自旋状态以观测引力产生的纠缠效应。该方案基于大量理论可行性研究及量子技术领域的实验进展,最终实验将需要组建中型研究联盟,并实现包括振动与引力噪声在内的高度退相干抑制。本白皮书综述了实现该目标的进展与规划,在推进计划过程中,该团队还将进一步探索可能实现的宏观量子叠加态极限——这将用于检验那些预言存在此类极限的理论。

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