@ 2020.05.23 , 22:37

打破纪录:物理学家令15万亿原子在热环境中纠缠在一起

量子物理学家创造了新记录,使15万亿个纠缠在一起的原子共存于“热而杂乱的”气态云中。

量子纠缠是量子物理学的核心现象,无论两个粒子之间的距离如何,它们总是存在神秘的相互影响——因此,测量其中一个,就可以立即知道另一个粒子的状态(只能测量,不存在操作一个原子,然后使纠缠的原子获得相关信息的提法)。

尽管科学家尚未完全理解量子纠缠的本质,但现象总归是真实存在的。而验证一个系统是否存在量子纠缠,仍然是微妙又富有挑战性的工作。

纠缠态需要一些非常特殊和极端的条件,该领域的大多数实验都是在接近绝对零的温度下进行。

所以,最新的记录不仅仅是在规模上。科学家们制造出一种热的、混乱的原子气体,其其温度达到约450开尔文,同时保证15万亿个原子保持纠缠态,比以前的记录多100倍。

激光测量显示原子也相互碰撞,有时在两对纠缠原子之间还有成千上万的其他原子。实验还表明纠缠状态可能比以前意识的到还要坚韧。

西班牙光子科学研究所的量子物理学家Jia Kong说:“如果不测量,纠缠就能持续约1毫秒,这意味着1秒钟里,15万亿个原子的纠缠态将生灭1000次。因为对原子来说,1毫秒是很长的时间,足够使大约50次随机碰撞发生。这清楚地表明随机碰撞并未破坏纠缠态。这也许是我们最令人惊讶的发现。”

尽管大多数量子纠缠实验都使用超低温环境,但为了将碰撞的干扰降到最低,借助金属和氮气的实验表明,纠缠可以存在于更高的温度下。

如果能够在下一代通信系统和量子计算机中运用这些发现,那么我们就能在更普遍的环境里制造纠缠粒子。将来可能有用武之地的领域之一是脑磁图或脑磁成像,该过程使用类似的热,高密度原子气体来检测由大脑活动产生的磁场。量子纠缠可能使该成像技术的灵敏度更高。

ICFO量子物理学家Morgan Mitchell说:“这一结果令人惊讶,与通常对量子纠缠的认知完全背离。我们希望这种大规模的纠缠态能够带来技术上的突破,从大脑成像、自动驾驶汽车到搜索暗物质的高性能传感器。”

该研究已发表在《自然通讯》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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