科学家创纪录成功让15万亿个原子实现量子纠缠(图)

据外媒报道，量子纠缠是一种既奇怪又脆弱的现象。然而近日，物理学家们成功制造出了由数万亿个相互纠缠的原子组成的热云，其不仅打破了数量记录而且还显示纠缠并不像之前认为得那样脆弱。粒子对或粒子群可以变得非常纠缠以至于测量其中一个粒子的状态会立即改变其他粒子的属性--无论它们相距多远。




虽然这听起来已经够奇怪，但它的影响可能会毁掉人们对物理学的全部理解。

对此，爱因斯坦本人一开始并不相信并嘲笑其是幽灵般的超距作用。然而几十年的实验表明，量子纠缠确实真实存在，另外人们已经开始将这一现象应用于新技术，比如更快、更安全的通信网络。

但有一个问题是，粒子之间的这种联系极其变化无常，因此即便是来自其他粒子或事件的微小干扰都可以解开它们。为了防止这种情况发生，大多数使用量子纠缠的实验和技术只能在接近绝对零度（-273.15°C）的超冷温度条件下实现。在这一点上，几乎所有的运动都停止了，所以没有干扰来中断连接。

然而很显然，这种极端的冷却对于商业产品或消费产品来说是不现实的，因此科学家们正试图寻找在更高温度下使量子纠缠成为可能的方法。过去的研究在室温下取得了成功，现在在更热的条件下也取得了成功。

这项新研究则是由ICFO、杭州电子科技大学和巴伦西亚科技大学的研究人员共同完成。研究小组将铷金属跟氮气混合，并将其加热至176.9°C。在这个温度下，金属蒸发从而使自由的铷原子漂浮在容器周围。在那里，它们彼此纠缠在一起，研究小组可以通过在气体中发射激光来测量这种纠缠。

结果研究人员观察到气体中多达15万亿个相互纠缠的原子，他们说这比任何其他实验里出现的数量都要多100倍左右。有趣的是，这种缠结似乎将不一定相互靠近的原子连接起来--在任何一对原子之间都有成千上万的其他原子，而每个原子都有自己的伙伴。



不过这项研究最有趣的部分应该是纠缠态可能不像科学家们想象得那么脆弱。虽然原子在这种高温、高能量的气体中不断地相互碰撞，但量子连接仍旧存在。碰撞似乎并没有破坏纠缠而是将其传递给其他原子。

“如果我们停止测量，那么纠缠会持续约1毫秒，这意味着每秒钟有1000次新的15万亿原子被纠缠，”该研究的第一作者Jia Kong指出，“你一定认为1毫秒对于原子来说是很长的时间，足够长到发生50次随机碰撞。这清楚地显示了

纠缠不是被这些随机事件所破坏的。这可能是这项研究最令人惊讶的结果。”

研究小组表示，这一发现可能会对某些领域有所帮助，特别是脑磁图，这种磁脑成像技术可以通过利用这些气体来探测来自大脑活动的极微弱的磁信号。

该研究的通讯作者Morgan Mitchell表示：“这一结果令人惊讶，跟所有人对恋爱瓶颈期的预期大相径庭。我们希望这种巨大的纠缠态能在大脑成像、自动驾驶汽车和暗物质搜索等应用中带来更好的传感器性能。”

相关研究报告已发表在《Nature Communications》上。 阅读原文