量子力学的奠基人之一，杰出的奥地利物理学家欧文·薛定谔（Erwin Schrödinger）曾构思了一个悖论式的思想实验，旨在阐明量子理论中一个更为奇特的方面。他提出，将一只猫放入一个箱子，箱内同时还有一小瓶毒药和一个放射性元素。在一定时间后，根据所使用的元素不同，有百分之五十的几率一个原子会衰变并释放出一个粒子，触发一个装置，打碎毒药瓶，释放毒药，从而杀死这只猫。当然，也有同样大的几率该原子不会衰变，从而这只猫得以幸免。然而，根据量子力学，在这整个过程中，该原子同时处于衰变和未衰变的状态。只有当有人对该原子进行测量时，它才会被迫进入其中一种状态。而那只猫呢？薛定谔说，在这种情况下，我们必须想象一只处于生死叠加状态的猫，或者说（请原谅这个说法）被平均地、模糊地混合成生死各半的状态。
至今没有人真正进行过这个实验，其“对猫不友好”的细节就不必说了。但最近，科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所的两位物理学家却做了一件几乎同样奇怪的事情。他们成功地让单个原子同时存在于两个地方。
戴维·温兰德（David Wineland）和克里斯·蒙罗（Chris Monroe）通过使用激光和磁铁在真空室内操纵一个铍原子，完成了这一壮举。他们首先将原子限制在一个电磁场内，并用激光照射原子，使其基本处于静止状态。接着，他们用另一束激光向原子注入恰到好处的能量，使其有均等的几率处于两种已知的量子态——自旋向上（spin-up）和自旋向下（spin-down）——这两种状态描述了原子电子磁场的方向。正如那只不幸的猫一样，原子在被实际测量之前，同时存在于这两种状态中。
物理学家们多年来一直在原子中创造这种奇特的叠加态。但温兰德和蒙罗接下来的工作是前所未有的。他们计算出，一束波长精确为313纳米（十亿分之一米）且偏振精确（描述光波振动方向）的光脉冲，可以在不影响自旋向下状态的原子的情况下，移动处于自旋向上状态的原子：处于不同量子态的原子只会吸收非常特定波长和偏振的光。换句话说，合适的光使温兰德和蒙罗能够将原子叠加的两个版本分离开。他们用激光将自旋向上版本的原子推离自旋向下版本约80纳米——这个距离是原始铍原子大小的十倍左右。
温兰德和蒙罗的研究，尽管听起来有些深奥，但或许有一天能找到实际应用。这两位物理学家对一种被称为量子计算机的可行性感兴趣，许多研究人员也是如此。在量子计算机中，原子将取代晶体管和其他电子元件，大大缩小计算机的体积并提高其性能。在量子计算机中，一个原子可以同时代表计算机二进制语言中的零和一。而在传统计算机中，每个二进制码必须分开存储。
要构建量子计算机，就需要精确控制温兰德和蒙罗现在正在研究的那种奇特的量子效应。
但是量子态非常脆弱——最轻微的干扰就会摧毁它们。例如，在温兰德和蒙罗相对简单的实验中，如果激光调得不够精确，或者有任何杂散辐射渗入，分离的自旋向上和自旋向下状态就会重新坍缩成一个单一的原子。这种脆弱性可能使构建一个包含数千个原子的量子计算机成为一项工程噩梦。尽管如此，研究人员还是持乐观态度。温兰德说：“从根本上说，这不是一个问题。我们可以从这里走得很远。”
