打破量子糾纏紀錄!物理學家成功創造一組15兆個糾纏的原子

量子物理學家創下了一個將最多組原子糾纏在一起的新記錄,他們成功讓15兆個原子共存於「又熱又亂」的氣體雲中。量子糾纏(quantum entanglement)是量子物理學的一種核心現象,無論兩個粒子之間的距離多遠,兩個粒子都可以神秘地相互影響,因此只要對其中一個粒子進行測量就可以立即為我們提供另一個粒子的測量。

雖然科學家尚未完全理解為什麼會發生這種情況,但它確實會發生。 要證明量子糾纏仍然是一個微妙而富有挑戰性的過程。糾纏狀態需要存在一些非常特殊的條件才能存在和生存,該領域的大多數實驗都是在接近絕對零度下進行的。這是為什麼這項新研究的成功如此重要。 科學家們能夠製造出一種熱又混亂的原子氣體,這些原子被加熱到大約450 K(177°C或350°F),充滿了大約15兆個糾纏的原子,比之前觀察到在一起的原子多100倍。這些原子也不是孤立的,雷射測量顯示它們會相互碰撞,有時在糾纏的原子之間還有成千上萬的其他原子。 實驗還顯示糾纏狀態可能比以前知道的還要強。

西班牙光子科學研究所 (The Institute of Photonic Sciences, ICFO)的量子物理學家Jia Kong表示:「如果停止測量,糾纏將持續約1毫秒,這意味著每秒將糾纏1000次新一批15兆個原子。你可能認為1毫秒對於原子來說是很長的時間,足夠使大約50次隨機碰撞發生。這清楚地表明糾纏並沒有被這些隨機事件破壞。這也許是這項研究最令人驚訝的結果 。」 

大多數量子糾纏實驗都使用超低溫,為了將此類碰撞的干擾降到最低,這項使用金屬和氮氣的研究顯示,糾纏可以在更高的溫度下生存。如果我們要在下一代通信系統和量子電腦中使用這種現象,那麼我們需要在更溫暖與嘈雜的環境中讓它運作,這就是這項新研究指出的方向。這些發現將來可能有用的方法之一是在腦磁圖或腦磁成像中,該過程使用類似的熱高密度原子氣體來檢測由大腦活動產生的磁場。 糾纏可能會使該技術更加敏感。

參考資料: Nature Communications

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