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新研究实现15万亿个原子量子纠缠

2020年6月4日7:45 环球解密

    当量子纠缠发生的时候,两个电子或原子将损失各自的“个性”,与另一方实现协调。量子纠缠是量子技术推动计算机、通信和侦测引力波等领域发展的核心基础。

    大量原子量子纠缠示意图。(ICFO)

    可是目前多数量子纠缠系统很脆弱,很微小的干扰就会将其摧毁。因此,科学家花很多力气隔离系统,让它们互不干扰,比如常见的手段是将系统温度降至接近绝对零度。

    西班牙光子科学研究所(ICFO)的一份新研究,成功地让原子在450开尔文的高温下实现量子纠缠。这个温度比多数现有量子系统使用的温度高出几百万倍。

    而且,这个系统内原子之间没有任何隔离,它们互相之间每几微秒就会发生碰撞,每次撞击都会随机改变原子周围的电子旋转方向。

    研究人员使用激光观察这个高温、混沌的气体系统,结果发现,系统中出现大量的原子纠缠对——大约是以前观测值的百倍以上。

    这些纠缠对不仅出现在小范围内,不邻近的原子之间也出现纠缠状态。在任何一对纠缠原子之间,还有几千个其它原子,而这些原子各自也都和其它原子形成纠缠对。整个系统在高温下呈现大范围、纠缠对互相混合的状态。

    这份研究的第一作者孔佳(Jia Kong,译音)说:“停止测量后,纠缠仍然维持了约1毫秒,这意味着每秒将有15万亿个原子形成纠缠。要知道1毫秒对于原子来说是很长的时间,足够发生50次随机碰撞。这表明,这些纠缠对并没有被这些碰撞摧毁。这大概是这份研究最惊人的结果。”

    研究者说,这种高温、混合的纠缠状态为高敏感磁场侦测奠定了基础。比如,为大脑成像的脑磁图技术,可以用这种高温、高密度原子气体感应大脑产生的磁场。这项研究显示,量子纠缠将提高侦测的敏感度。

    ICFO的米切尔(Morgan Mitchell)说:“这项研究成果超乎人们对量子纠缠的认知,我们希望这种大型纠缠状态可以改善多个应用领域的感应能力,从大脑成像到自动驾驶汽车、到寻找暗物质。”

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