杭州電子科技大學實驗打破量子糾纏數目紀錄！—15萬億糾纏態原子

2020-08-28 科學新聞前沿


糾纏原子云的示意圖，其中黃藍線條表示一對原子間的糾纏。圖片版權：© ICFO

量子糾纏是一種既脆弱又奇怪的現象。糾纏的粒子在暴露於外界因素時被認為失去了這種莫名其妙的聯繫。但是現在，物理學家設法製造出數萬億個糾纏原子的熱雲，打破了數量記錄，並表明糾纏並不像以前想像的那麼脆弱。

成對或成組的粒子會變得如此纏結，以至於測量一個粒子的狀態將立即改變另一個粒子的性質，無論它們之間有多遠。這聽起來已經很奇怪了，但是其含義可能會破壞我們對物理學的全部理解。不知何故，它們之間的信息傳遞似乎比光速快得多，這聽起來是不可能的。

愛因斯坦本人最初並不相信，認為它是「遠距離的怪異動作」，而將其歸咎於隱藏的變量。但是數十年的實驗表明，量子糾纏確實是真正存在的，而且我們已經開始將這種現象用於新技術，例如更快，更安全的通信網絡。

但有一個問題是，粒子之間的這種聯繫是非常變化無常的，因此來自其他粒子或事件的微小幹擾可以使它們分離。為了防止這種情況的發生，大多數使用量子糾纏的實驗和技術只能在接近絕對零（-273.15°C，-459.67°F）的超冷溫度下工作。到那時，幾乎所有運動都停止了，因此沒有幹擾來破壞連結。

當然，對於商業或消費類產品而言，極端冷卻是不切實際的，因此科學家正在嘗試尋找方法，以使在高溫下量子糾纏成為可能。過去的研究在室溫下取得了成功，現在已經在更高的溫度下完成了。

研究人員將銣金屬和氮氣加熱到高溫，形成一團熱銣原子，這些原子被量子糾纏在一起

這項新的研究是由ICFO、杭州電子科技大學和瓦倫西亞技術大學的研究人員進行的。研究小組把金屬銣和氮氣混合，加熱到176.9條攝氏度(350.3條華氏度）。在這個溫度下，金屬蒸發，導致游離的銣原子漂浮在燃燒室周圍。在那裡它們相互糾纏，研究小組可以通過雷射照射氣體來測量這種糾纏。

研究人員觀察到氣體中多達15萬億個糾纏原子，他們說這是任何其他實驗的約100倍。有趣的是，糾纏似乎將不一定彼此靠近的原子聯繫在一起-在任何給定的原子對之間有成千上萬個其他原子，每個原子都有自己的夥伴。

但是這項研究中最有趣的部分是，糾纏的狀態沒有像科學家們想像的那麼脆弱。在這種熱的高能氣體中，原子不斷地相互反彈，但量子連接仍然存在。碰撞似乎並沒有破壞糾纏，而是將糾纏傳遞給其他原子。

該研究的第一作者賈剛說：「如果我們停止測量，糾纏會持續約一毫秒，這意味著每秒將糾纏新一批15萬億個原子的1,000次。」 「而且您必須清楚1毫秒對於原子來說是很長的時間，足夠長到發生約50次隨機碰撞。這清楚地表明，這些隨機事件不會破壞糾纏。這也許是這項工作最令人驚訝的結果。」

研究小組說，這一發現可能在幾個領域有所幫助。特別是腦磁圖，這是一種磁腦成像技術，它使用這些氣體來檢測來自大腦活動的極其微弱的磁信號。

量子糾纏

該研究的相應作者摩根·米切爾說：「這一結果令人驚訝，與每個人對糾纏的期望完全不同。」 「我們希望這種巨大的糾纏態可以帶來更好的傳感器性能，不論是大腦成像，還是自動駕駛汽車，甚至是暗物質搜索等應用中。」

該研究發表在《Nature Communications》期刊上。

來源：谷歌新聞

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