量⼦⼒学中有许多奇怪⽽反直觉的效应。⽐如,爱因斯坦将量⼦纠缠称为“⻤魅般的超距作⽤”,简单理解,这种效应说的是,⼀个原⼦发⽣的事情会以某种⽅式影响其他地⽅的另⼀个原⼦。它已经成为量⼦计算机、量⼦模拟器和量⼦传感器的核⼼所在。除了量⼦纠缠之外,量⼦⼒学中还有另⼀种诡异的特征,被称为退局域(delocalization),它指的是,⼀个原⼦可以同时出现在⼀个以上的地⽅。
近⽇,⼀组研究团队⾸次成功将量⼦⼒学中这两种“最诡异”的特征结合在⼀起,制造出了⼀种更好的量⼦传感器。这种物质波⼲涉仪第⼀次能够以超过标准量⼦极限的精度来感知加速度。研究已发表在《⾃然》上。
想要让两个物体纠缠在⼀起,通常必须要让它们⾮常⾮常靠近对⽅,它们之间才能产⽣相互作⽤。研究团队已经掌握了如何将数千到数百万个原⼦纠缠在⼀起,⽆论它们是相距数毫⽶还是更远的距离也能如此。他们使⽤光腔让光在镜⼦之间来回反射,从⽽使信息得以在原⼦之间跳跃,并编织成⼀种纠缠态。利⽤这种独特的基于光的⽅法,团队已经创造并观察到了系统中产⽣的⼀些纠缠程度最⾼的纠缠态。
物质波⼲涉仪是如今最精确、最准确的量⼦传感器之⼀。这种仪器的原理是,通过被吸收和不被吸收的激光,借助光的脉冲让原⼦同时移动和不移动。这会让原⼦在⼀段时间内同时处于两个不同的地⽅。研究⼈员解释道,实验⽤激光束照射这些原⼦,实际上是将每个原⼦的量⼦波包⼀分为⼆,换句话说,粒⼦实际上同时存在于两个不同的空间⾥。随后的激光脉冲将这⼀过程逆转,让量⼦波包重新组合在⼀起。
由于精度的提⾼,科学家看到了利⽤纠缠作为量⼦传感器资源的许多潜在优势。通过将两种诡异性结合在⼀起,未来的量⼦传感器将能够提供更精确的导航,勘探所需的⾃然资源,更精确地确定基本常量,更准确地寻找暗物质,甚⾄可能有⼀天⽤于探测引⼒波。