量子糾纏成為衡量量子計算能力的重要元素,其研究對於即將到來的計算革命至關重要。
研究糾纏態的困難在於,糾纏態過於脆弱,與另壹個系統的任何接觸都可以影響糾纏態,從而消除糾纏態。研究人員必須竭盡全力保持量子系統的隔離,同時保持低溫運行。
世界上很多研究者都試圖在安全距離內研究原子,但來自巴塞羅那光子科學研究所(ICFO)的研究人員壹直致力於更近距離地觀察原子。該團隊將15萬億個原子聚集在壹起,並在極端高溫下將它們置於糾纏狀態,剝奪了它們的個性。
他們將壹組原子加熱到450開爾文,比量子技術中使用的大多數原子要熱數百萬倍。除此之外,該團隊還沒有隔離原子,而是允許它們彼此碰撞,每隔幾微秒就會發生壹次碰撞。每次碰撞都會導致原子的電子以隨機方向旋轉。
這些碰撞如何影響這些原子在“熱混沌氣體雲”(研究團隊將其定義為“熱混沌氣體雲”)中的磁化強度呢?
對此,研究人員用激光對它們進行了監測,並以此進壹步考慮由旋轉電子引起的磁化、碰撞的影響,以及監測氣體中的任何糾纏。
他們發現了許多糾纏的粒子,比以前觀察到的要多100倍。他們還發現這些糾纏是非局域的,它涉及的原子從未相互接觸甚至彼此遠離。這說明在這種熱混沌的氣體中,在任何兩個糾纏的原子之間,都有成千上萬的其他原子,其中許多原子還與其他原子糾纏在壹起。
首席研究人員賈孔解釋道:“如果停止測量,量子糾纏將持續約1毫秒,這意味著每秒鐘將有壹批新的15萬億個原子糾纏1000次。妳壹定以為1ms對於原子來說是很長的時間,足以發生約五十次隨機碰撞。這清楚地表明,這些隨機事件不會破壞量子糾纏。這是這項研究最驚人的發現。”
對這種熱混沌糾纏態的觀測為超靈敏磁場探測鋪平了道路。例如,在腦磁成像中,新壹代的傳感器使用同樣的高溫、高密度的原子氣體來檢測大腦活動產生的磁場。結果表明,纏結可以提高該技術的靈敏度,能夠應用於基礎腦科學和神經外科。
這項研究的潛力還不止於此。
摩根·米切爾教授說:“這壹結果與每個人對糾纏的設想完全不同。這種巨大的糾纏態或許能提高傳感器的性能,在大腦成像、自動駕駛 汽車 和暗物質搜索等應用領域有更好的表現。”
壹次反傳統的研究,卻有如此驚人的成果,科學多麽奇妙!
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