由Ben-Gurion University of the Negev物理学家Ron Folman领导、来自德国、英国和美国的研究人员组成的团队，诺贝尔奖得主Roger Penrose也参与其中。该团队将单个原子置于两条不同轨道的叠加态中，以研究量子力学与相对论的交汇点。在名为Quantum Galileo Interferometer（QGI）的装置中，原子的一条路径处于自由落体状态，而另一条路径上的原子则被固定在原地。两条路径在同一时间、同一点重新合并，从而测量了下落在原子波动性质中产生的相位差。
原子的波动性只有在接近绝对零度的温度和极低速度下才能被观测到。由于相位本身无法被单独测量，因此必须将单个粒子分成两条轨道，再重新合并。在自由落体实验中，下落原子的加速可能会暴露其所走的路径信息，从而破坏量子干涉。研究团队通过将其中一个原子向上抛出，使其在重力作用下返回起点，同时利用磁力将另一个原子固定在空中，解决了这一问题。下落的原子返回时，第二个磁脉冲会在其到达起点的瞬间切断其速度。
QGI使用微波和磁脉冲；大约20,000个铷原子被组织成玻色-爱因斯坦凝聚态，并由芯片上微型导线产生的场束缚。芯片倒置悬停在原子上方约113微米处。两条轨道之间的最大距离约达到7.5微米，最长飞行时间则达到2个千分之一秒。研究观察到，随着下落时间延长，相位不断增加；数据也显示出了理论所预测的相位差。
研究人员表示，这一结果首次表明，等效原理在处于量子叠加态的系统中也能发挥作用。测得的相位与理论预测存在2.5%的偏差。团队表示，这项实验是检验爱因斯坦相对论与量子力学之间界限的一个检验点。
Folman的实验室目前正在研制更大型的QGI，计划将质量比原子重10个数量级的纳米金刚石置于叠加态。其目标是检验不同时空曲率的叠加，并观测Penrose和Lajos Diósi假说所预言的量子坍缩。团队希望这一目标能在四到五年内实现。这项研究于2026年发表在Science Advances上；DOI: 10.1126/sciadv.aec8045。
为何重要
这项研究提供了实验依据，表明等效原理并不只局限于经典物体的运动，也可以针对处于量子叠加态的单个系统进行检验。因此，在同时研究量子力学与相对论的领域，这一结果构成了一个可用于评估两种理论一致性的检验点。测量结果与理论预测存在2.5%的偏差，也使得在更大系统中重新检验这一方法成为值得考虑的方向。对于尤其关注量子物理、引力与基础物理交叉领域的研究人员而言，一个悬而未决的问题是：这一原理能否在质量远大于原子的纳米金刚石叠加态中同样保持，以及它将如何与不同的时空曲率共同作用。