数百万原子在破纪录的量子测试中纠缠在一起

在量子技术领域取得突破性进展之际，两支科学家团队再次宣称，他们已在量子层面上将大量原子连接起来。

日内瓦的研究人员证明1600 万个原子的量子纠缠，打破了之前约 3,000 个纠缠原子的记录（SN 在线：2015 年 3 月 25 日）与此同时，加拿大和美国的科学家利用类似的技术纠缠超过 200 个原子组，每个原子组有十亿个原子. 3 月 14 日，两个团队在 arXiv.org 网站上发表了两篇论文，在线发表了他们的研究成果。

通过量子纠缠，看似独立的粒子开始纠缠在一起。纠缠的原子不再被视为独立的实体，而只能作为整体的一部分来理解——即使原子之间可能相距甚远。这个过程通常在小尺度上进行，连接极少量的粒子，但研究人员说服原子抵抗这种趋势。

“这是一个美丽的结果，”麻省理工学院的原子物理学家 Vladan Vuletić 说道，他是之前展示 3,000 个原子纠缠的团队的一员。量子效应通常不会出现在人类每天处理的大规模上。相反，粒子的微妙量子特性会通过与混乱世界的相互作用而被抹去。但在适当的条件下，纠缠等量子效应可以激增。“这项研究向我们展示了某些类型的量子力学状态实际上非常稳健，”Vuletić 说。

两个团队都使用被称为“量子存储器”的设备演示了纠缠。研究人员的量子存储器由散布着稀土离子（如钕和铥等稀有元素）的晶体组成，旨在吸收单个光子并在短暂延迟后重新发射。单个光子被许多稀土离子同时吸收，使它们纠缠在一起。几十纳秒后，量子存储器发出原始光子的回声：另一个光子继续沿着与进入晶体的光子相同的方向前进。

通过研究单个光子的回声，科学家们量化了晶体中发生的纠缠程度。回声的时间和方向越可靠，纠缠就越广泛。美国-加拿大团队的测量基于发射光子的时间来进行，而瑞士团队则专注于光子的方向。

用于纠缠原子的量子存储器并不是新技术。加拿大阿尔伯塔大学物理学家 Erhan Saglamyurek 表示：“实验并不复杂”，他没有参与这项研究。相反，这项进展主要在于研究人员建立的理论物理学，用于量化预计在这种量子存储器中出现的纠缠。Saglamyurek 说，这让他们能够真正证明如此大量的粒子是纠缠的。

由于报道该项工作的论文仍在接受期刊的同行评审，因此两个研究团队的科学家拒绝发表评论。

该成果没有任何明显的实际用途。相反，这项工作源于正在开发的潜在应用技术：量子存储器可用于量子通信网络，以存储量子信息。

物理学家们希望最终将奇异的量子效应推向越来越大的尺度。对于量子纠缠，“如果你能让肉眼看到它，那将是一个梦想，”巴黎高等师范学院的量子物理学家雅各布·赖歇尔 (Jakob Reichel) 说。最新的结果并没有走那么远。

“这不是一场革命，”赖歇尔说。但“我认为这有助于我们更好地理解纠缠态。”