新研究实现15万亿个原子量子纠缠

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。”