量子力學中的思想實驗“薛定諤的貓”已在學術界廣為人知，近年來國際科學界又提出一個前沿概念叫“量子柴郡貓”。近期，中國科學技術大學郭光燦院士團隊與南開大學學者合作，首次實現了光子的偏振與其本體分離，進而實現兩個光子偏振的無接觸交換，實驗揭示了“量子柴郡貓”的獨特量子特性，加深了人們對“什么是物理實在”這一物理學基本問題的認識。

在宏觀的經典世界中，物體的物理屬性比如質量、體積等，與物體本身不可分離，但在微觀的量子世界里則有所不同。2013年國際科學界有理論研究表明，微觀粒子的物理屬性(如電子的電荷和自旋、光子的偏振等)可以與其本體分離，多位知名學者將這種現象命名為“量子柴郡貓”。

柴郡貓是兒童文學名著《愛麗絲夢游仙境》中一只會咧著嘴笑的貓，它的身體可以憑空消失，但笑容還掛在半空中。國際科學界在中子和光子的干涉實驗中，觀察到粒子屬性與其本體分離的現象，但要想展示“量子柴郡貓”的獨特量子效應，還需要更復雜的實驗。

近期，中科大郭光燦院士團隊中的李傳鋒、許金時、許小冶等人與南開大學陳景靈教授合作，首次利用雙光子系統實現了兩只“量子柴郡貓”交換笑臉。

他們使用對系統施加微擾的新方法，解決了多體量子系統弱值提取的難題，并制備出雙光子超糾纏態，獲得光子的路徑和偏振觀測量的弱值。實驗觀測到兩光子都處于偏振屬性和光子本體分離的狀態，并各自得到了另一光子的偏振，實現了兩只“量子柴郡貓”的無接觸笑臉互換。

該研究成果展示了量子世界中物質與其物理屬性靈活多變的關系，加深了人們對“什么是物理實在”這一物理學基本問題的認識。另一方面，引入微擾獲得弱值的方法也將成為研究量子物理的有力工具。

國際權威學術期刊《自然·通訊》日前發表了這項研究成果，審稿人評價這是“一個里程碑”，是理解量子力學基礎問題的重要進展。