物理學家將一種15萬億個原子連接在一起，從而創造了一個新的記錄，這是一種稱為量子糾纏的奇異現象。這一發現可能是一個重大突破，它可以創造出更精確的傳感器來檢測時空中的波動，稱為重力波，甚至可以認為是遍布宇宙的難以捉摸的暗物質。
糾纏是一種量子現象，被愛因斯坦（Albert Einstein）稱為「遠距離的詭異動作」，是一個過程，其中兩個或多個粒子連接在一起，並且對一個粒子的任何作用都會立即影響另一個粒子，而無論它們之間有多遠。糾纏是許多新興技術的核心，例如量子計算和密碼學。
它們的量子連接很容易被輕微的內部振動或外界幹擾所破壞。因此，科學家試圖在實驗中達到可能的最冷溫度，以纏住不穩定的原子。溫度越低，原子相互反彈並破壞其相干性的可能性就越小。對於這項新研究，西班牙巴塞隆納光子科學研究所（ICFO）的研究人員採用了相反的方法，將原子加熱到比典型的量子實驗高數百萬倍的溫度，以觀察糾纏是否能在炎熱而混亂的環境中持續存在。
科學家表示「糾纏是最傑出的量子技術之一，但眾所周知，它非常脆弱。」 「大多數與糾纏有關的量子技術都必須在低溫環境（例如冷原子系統）中應用。這限制了糾纏態的應用。
實驗高數百萬倍的溫度
研究人員將裝有汽化惰性氮氣的小玻璃管加熱到350華氏度（177攝氏度），這恰巧是烘烤餅乾的理想溫度。在此溫度下，原子的熱雲處於混亂狀態，每秒發生數千次原子碰撞。原子像撞球一樣，彼此反彈，傳遞能量並自旋。但是與經典的撞球不同，這種自旋並不代表原子的物理運動。
在量子力學中，自旋是粒子的基本屬性，就像質量或電荷一樣，它使粒子具有固有的角動量。在許多方面，粒子的自旋類似於自旋的行星，既具有角動量又產生弱磁場，稱為磁矩。但是在古怪的量子力學世界中，經典的類比崩潰了。質子或電子之類的粒子是旋轉大小和形狀的固體物體這一觀念並不符合量子世界觀。當科學家嘗試測量粒子的自旋時，他們會得到兩個答案之一：向上或向下。量子力學中沒有中間人。
幸運的是，粒子自旋產生的微小磁場使科學家能夠以多種獨特方式測量自旋。其中之一涉及偏振光或在單個方向上振蕩的電磁波。
研究人員在原子管上發射了一束偏振光。因為原子的自旋像微小的磁鐵一樣起作用，所以光的偏振在穿過氣體並與磁場相互作用時會旋轉。這種光原子相互作用會在原子與氣體之間產生大規模的糾纏。當研究人員測量從玻璃管另一側發出的光波的旋轉時，他們可以確定原子氣體的總自旋，從而將糾纏轉移到原子上，並使它們處於糾纏狀態。
科學家實驗，我們使用的[測量]是基於光-原子相互作用。在適當的條件下，相互作用將產生光與原子之間的相關性，如果我們進行正確的檢測，相關性將被轉移到原子中，從而在原子之間產生糾纏。令人驚訝的是，這些隨機碰撞並沒有破壞糾纏。
實際上，玻璃管內部的「熱而凌亂」環境是實驗成功的關鍵。原子處於物理學家所謂的宏觀自旋單重態，糾纏粒子對的總自旋總和為零。最初糾纏的原子通過量子標籤博弈中的碰撞使彼此糾纏，交換它們的自旋，但將總自旋保持為零，並使集體糾纏狀態持續至少一毫秒。例如，粒子A與粒子B糾纏在一起，但是當粒子B撞擊粒子C時，它將兩個粒子與粒子C連接在一起，依此類推。
這意味著每秒要纏繞1000次，新一批15萬億個原子被糾纏。一毫秒「對於原子來說是很長的時間，足夠長，足以發生約50次隨機碰撞。這清楚地表明纏結並沒有被這些隨機事件破壞。這也許是這項工作最令人驚訝的結果。」
由於科學家僅能理解糾纏原子的集體狀態，因此他們的研究僅限於特殊用途。諸如量子計算機之類的技術可能不可行，因為需要知道各個糾纏粒子的狀態才能存儲和發送信息。
但是，他們的結果可能有助於開發超靈敏磁場探測器，該探測器能夠測量比地球磁場弱100億倍的磁場。這種強大的磁力計在許多科學領域中都有應用。例如，在神經科學研究中，腦磁圖通過檢測大腦活動產生的微弱磁信號來拍攝大腦圖像。
物理學教授，實驗室小組負責人摩根·米切爾說：「我們希望這種巨大的糾纏態將導致從大腦成像到自動駕駛汽車到暗物質搜索等應用中的更好的傳感器性能。」在聲明中。
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