欧洲核子研究中心（CERN）BASE合作组近日在《自然》杂志上发表研究成果，首次成功实现了反质子在量子“自旋上”与“自旋下”状态之间持续稳定地振荡近一分钟。这一突破标志着首个反物质量子比特的诞生，为更精准地比较物质与反物质的行为差异开辟了新路径。
反质子是质子的反物质对应粒子，质量相同但电荷相反。科学家利用“相干量子跃迁光谱”技术，测量这些“磁矩”翻转的方式。这项技术不仅在量子传感和量子信息处理中具有重要作用，也为检验自然界基本法则提供了精密工具，特别是电荷—宇称—时间（CPT）对称性。根据CPT对称性，物质与反物质的行为应完全一致，但宇宙主要由物质构成，这一不平衡的原因一直是物理学界的挑战。
目前，相干量子跃迁已在大量粒子集合和束缚离子中观察到，但从未在一个自由的、具备核磁矩的单一粒子上实现过。BASE合作组在CERN的反物质工厂中首次做到了这一点。他们采用相干量子跃迁光谱技术，让一个被困于电磁阱中的单个反质子在两个自旋态之间来回跃迁，并保持量子相干状态长达50秒。这一“相干时间”创下了反物质研究中的新纪录。
BASE合作组发言人斯特凡·乌尔默表示，这是人类首次实现反物质量子比特，为今后在单个物质和反物质粒子上开展更精准的相干光谱实验奠定了基础。最重要的是，这将使研究人员在未来实验中测量反质子磁矩的精度提高10至100倍。
这一成果为探索物质与反物质之间的差异提供了新的实验平台，有助于解答宇宙为何主要由物质构成的问题。