实现了宏观对象的量子纠缠

哥本哈根大学尼尔斯波尔研究所的研究人员制造了一个13纳米厚,线长1毫米的氮化硅膜“光子鼓”——当光子撞击到薄膜时,微型鼓会嗡嗡作响。

鼓虽然小,但本身没什么了不起。真正激动人心之处在于:科学家将鼓和一团原子云纠缠在一起。尽管分属宏观和微观领域的对象,但在毫米级的鼓和原子云之间实现量子纠缠——突破了量子力学认知的极限。

高级研究员尤金·波尔齐克(Eugene Polzik)说:“物体越大,之间的距离越远,从基础和应用的角度来看,它们的量子纠缠就越有趣。”

量子纠缠是比鬼魂更神秘的概念之一,它描述了独立于时间和空间而存在的对象之间的联系。

无论相距多远,或经过了多少年,纠缠系统的局部变化都会立即引发其它部分的变化。

爱因斯坦不止一次地把这个概念称之为“鬼魅般的超距作用”,认为它显示了理论(量子力学)的不足,而非真正存在如此离奇的事物。

经过我们对量子物理学长达一个世纪的探索,不仅为给这一鬼魅效应留下了立足之地,甚至发展出了令人震惊的应用领域。

尼尔斯·玻尔研究所的量子物理学家Michał Parniak说:“量子力学就像一把双刃剑。它为我们提供了很棒的新技术,但也限制了测量的精度。”

当粒子与其他对象相互作用时,自身的不确定性不会立即消失,而是以复杂的方式结合在一起。幸好,我们可以通过数学工具刻画这种不确定性。同时,量子计算机就依赖于这些描述不确定性的数学。当然,量子计算机在硬件上还需要确定量子的自旋方向。

这就是最新突破如此重要的原因——肉眼可见的小鼓随着光子的撞击微微振动。能够在更大规模下观察量子纠缠,知道它们的量子概率是如何组合的,还涉及多种材料,其意义堪比给生物学家发明了第一台显微镜。

理论上,激光干涉仪重力波天文台(LIGO)的巨大阵列或激光器的内核,也可以与微观粒子纠缠在一起。像这样的宏观纠缠系统可以使研究人员更好地解释由量子不确定性带来的测量误差。

相比之下,毫米的鼓无疑是很小的一步。但却是一个至关重要的契机,让我们可以认真聆听现实在我们脚下的震动。

这项研究发表在《自然》上。

原文:https://www.sciencealert.com/physicists-push-the-limits-on-quantum-mechanics-entangling-two-very-different-objects

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