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在势阱中控制单个离子
在科罗拉多州博尔德市，大卫•维因兰德维因兰德的实验室内，带电原子或离子被置于电场内的势阱中。该实验在真空和低温条件下进行，使粒子远离热和辐射干扰。
维因兰德实验的一个秘诀是使用激光脉冲。他用激光压制离子在势阱中的热运动，使离子停留在最低能量状态，从而观测势阱中离子的量子现象。一个细致调节好的激光束可以使离子进入叠加态，该形态使一个离子同时存在于两种不同状态。例如，一个离子可以同时处于两种能量值。它开始处于较低能量的状态，激光的作用仅仅是向高能量状态轻轻推它，能够使它停留在两种状态的叠加中，进入任何一种状态有相等的可能性。这样可以研究离子的量子叠加状态。
2012年10月12日 15点10分
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在科罗拉多州博尔德市，大卫•维因兰德维因兰德的实验室内，带电原子或离子被置于电场内的势阱中。该实验在真空和低温条件下进行，使粒子远离热和辐射干扰。
维因兰德实验的一个秘诀是使用激光脉冲。他用激光压制离子在势阱中的热运动，使离子停留在最低能量状态，从而观测势阱中离子的量子现象。一个细致调节好的激光束可以使离子进入叠加态，该形态使一个离子同时存在于两种不同状态。例如，一个离子可以同时处于两种能量值。它开始处于较低能量的状态，激光的作用仅仅是向高能量状态轻轻推它，能够使它停留在两种状态的叠加中，进入任何一种状态有相等的可能性。这样可以研究离子的量子叠加状态。
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量子力学悖论
量子力学描绘了一个肉眼无法观测的微观世界，很多与我们的期望和在经典物理中的经验相反。量子世界本身具有不确定性。例如叠加态，一个量子可以有多重形态。我们通常不会认为一块大理石同时是“这样”也是“那样”，除非是一块量子大理石。叠加态的大理石只能确切地告诉我们大理石是每一种形态的概率。我们在日常生活中为什么观察不到叠加态，随机性的这些方面？奥地利物理学家及诺贝尔奖获得者（1933年）欧文•薛定谔争辩道。正如其他量子理论的先驱，他试图理解和阐释这些现象。1952年，他写下：“我们从来没有用一个电子、原子或者其他分子做过实验。在思想实验中，我们的假设，这总是导致可笑的后果……”
为了说明将我们的宏观世界间思想实验移动到微观量子世界可能产生的荒谬的结果，薛定谔描述了一个关于猫的思想实验：薛定谔的猫被放在一个与周围环境完全隔离的箱子内。这个箱子内有一瓶致命的氰化物，还有一些处于发射状态的放射性原子衰变。放射性衰变遵循量子力学定律，因而它处于发射和未发射的叠加状态。因此，猫处于活着和死了的叠加状态。现在，如果你窥视箱子内部，你等于杀死了猫，因为量子叠加态对环境作用非常敏感，观察猫的瞬间，猫的“世界线”会“塌缩”到出现死或者活两种结果中的一种。在薛定谔看来，这个思想实验导致了一个荒谬的结论。它在说明他应该向出现的量子道歉。
2012年的两位物理学奖获得者能够映射到当外界环境参与时量子猫的状态。他们设计了创新实验，详细说明观测这一行为实际上如何导致量子状态的崩溃并失去其叠加特性的。阿罗什和 维因兰德并没有用猫，而是将势阱中的离子放入薛定谔假设的叠加态中。这些量子物体尽管宏观上没有猫那样的形状，但相对于量子尺度仍然足够大。
在阿罗什的空腔中，不同相位的微波光子被同时放置在像猫一样的叠加态中，像同时有很多顺时针或逆时针旋转的秒表。空腔用Rydberg原子探测。结果出现了另一个难以理解的称为纠缠态的量子效应。纠缠也被薛定谔描述过，可以发生在两个或多个量子之间，他们彼此没有直接接触，却可以读取或影响对方的属性。微波场中量子的纠缠态和Rydberg原子的运动让阿罗什映射生活和死亡的猫一样的状态，进而一步一步，经历了从量子叠加态到被完全定义的经典物理态的过渡。
2012年10月12日 15点10分
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量子力学描绘了一个肉眼无法观测的微观世界，很多与我们的期望和在经典物理中的经验相反。量子世界本身具有不确定性。例如叠加态，一个量子可以有多重形态。我们通常不会认为一块大理石同时是“这样”也是“那样”，除非是一块量子大理石。叠加态的大理石只能确切地告诉我们大理石是每一种形态的概率。我们在日常生活中为什么观察不到叠加态，随机性的这些方面？奥地利物理学家及诺贝尔奖获得者（1933年）欧文•薛定谔争辩道。正如其他量子理论的先驱，他试图理解和阐释这些现象。1952年，他写下：“我们从来没有用一个电子、原子或者其他分子做过实验。在思想实验中，我们的假设，这总是导致可笑的后果……”
为了说明将我们的宏观世界间思想实验移动到微观量子世界可能产生的荒谬的结果，薛定谔描述了一个关于猫的思想实验：薛定谔的猫被放在一个与周围环境完全隔离的箱子内。这个箱子内有一瓶致命的氰化物，还有一些处于发射状态的放射性原子衰变。放射性衰变遵循量子力学定律，因而它处于发射和未发射的叠加状态。因此，猫处于活着和死了的叠加状态。现在，如果你窥视箱子内部，你等于杀死了猫，因为量子叠加态对环境作用非常敏感，观察猫的瞬间，猫的“世界线”会“塌缩”到出现死或者活两种结果中的一种。在薛定谔看来，这个思想实验导致了一个荒谬的结论。它在说明他应该向出现的量子道歉。2012年的两位物理学奖获得者能够映射到当外界环境参与时量子猫的状态。他们设计了创新实验，详细说明观测这一行为实际上如何导致量子状态的崩溃并失去其叠加特性的。阿罗什和 维因兰德并没有用猫，而是将势阱中的离子放入薛定谔假设的叠加态中。这些量子物体尽管宏观上没有猫那样的形状，但相对于量子尺度仍然足够大。
在阿罗什的空腔中，不同相位的微波光子被同时放置在像猫一样的叠加态中，像同时有很多顺时针或逆时针旋转的秒表。空腔用Rydberg原子探测。结果出现了另一个难以理解的称为纠缠态的量子效应。纠缠也被薛定谔描述过，可以发生在两个或多个量子之间，他们彼此没有直接接触，却可以读取或影响对方的属性。微波场中量子的纠缠态和Rydberg原子的运动让阿罗什映射生活和死亡的猫一样的状态，进而一步一步，经历了从量子叠加态到被完全定义的经典物理态的过渡。
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新的时钟
戴维•维因兰德和他的团队运用势阱中的离子制作了一个时钟，比铯原子钟精确100倍，它运用可见光制作，故称之为光钟。一个光钟仅包含一两个势阱中的离子。如果包含两个，一个用来做钟，另一个用来在不破坏它状态的情况下进行读取，或者错过一个刻度。光钟的精确度高于10的17次方，这说明如果从大约140亿年前的大爆炸开始计时，光钟到现今的偏差仅为5秒。
利用如此精确的时钟，可以观察到一些极其微妙美丽的自然现象，例如时间流逝，重力的微小变化，时空的交织。根据爱因斯坦相对论，时间可以被运动和重力影响。速度越高，重力越强，时间流逝越慢。通常我们不能察觉到这种现象。运用GPS导航时，我们依赖卫星上由于几百公里外的上空重力变弱的影响而需要定期校准的时间信号。运用光钟，我们可以测量速度变化小于10米每秒，或者高度差为30厘米处重力改变所引起的时间流逝变化。
2012年10月12日 15点10分
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戴维•维因兰德和他的团队运用势阱中的离子制作了一个时钟，比铯原子钟精确100倍，它运用可见光制作，故称之为光钟。一个光钟仅包含一两个势阱中的离子。如果包含两个，一个用来做钟，另一个用来在不破坏它状态的情况下进行读取，或者错过一个刻度。光钟的精确度高于10的17次方，这说明如果从大约140亿年前的大爆炸开始计时，光钟到现今的偏差仅为5秒。利用如此精确的时钟，可以观察到一些极其微妙美丽的自然现象，例如时间流逝，重力的微小变化，时空的交织。根据爱因斯坦相对论，时间可以被运动和重力影响。速度越高，重力越强，时间流逝越慢。通常我们不能察觉到这种现象。运用GPS导航时，我们依赖卫星上由于几百公里外的上空重力变弱的影响而需要定期校准的时间信号。运用光钟，我们可以测量速度变化小于10米每秒，或者高度差为30厘米处重力改变所引起的时间流逝变化。
