在量子物理学领域，不同的物理量之间可以存在很强的关联。比如一个量子系统中的不同粒子或者部分粒子，可以“共享”一定量的信息。关于这一点，有一些看似奇特的理论预测。比如有人认为，对这种“互信息”的测量，并不取决于系统的大小，而只取决于它的表面。现在，这一令人讶异的观点已经在一组国际团队的实验中得到了证实。结果已发表在《自然·物理学》上。
量子信息的关联
想象一个气体容器中的情况，微小的颗粒在容器中飞来飞去，像一颗颗小球一样以一种非常经典的方式运动。如果系统处于平衡态，那么分布在容器不同区域的粒子就对彼此一无所知，它们是相互完全独立的。可以说，两个粒子共享的互信息是零。然而，在量子世界中，情况则有所不同。如果粒子的行为是量子化的，那么它们在数学上是相连的，也就是说它们不再是相互独立的，如果忽略其他粒子，就无法有意义地描述出一个粒子。
对于这类情况，科学家很早就对多体量子系统的不同子系统之间共享互信息做出了预测。他们认为，在这样的量子气体中，共享的互信息大于零，而且它并不取决于子系统的大小，而仅仅取决于子系统的外部边界。
测量超冷原子
新研究所使用的是由超冷原子构成的量子系统。这些粒子被冷却到了略高于绝对零度的温度，并被困在一个原子芯片中。
在极低的温度下，这些移动缓慢的粒子的量子特性会变得越来越重要，信息在系统中也扩散得越来越多，整个系统中各个部分之间的联系也变得越来越显著。在这种情况下，这个系统可以用量子场理论来描述。在实验中，研究人员需要获得关于量子系统的完整信息。这是非常具有挑战性的工作。为此，他们开发了一种特殊的断层扫描技术，通过轻微地扰动原子，然后观察产生的动态，来获取需要的信息。
量子信息的重要性
量子信息在当今量子物理学的许多技术应用中起着至关重要的作用。因此，这项实验结果与各种研究领域相关，从固态物理到引力的量子物理研究无一不包。这一突破为技术进步提供了希望。研究人员介绍，在量子计算的时代，对正在构建的系统进行精确的表征至关重要。量子计算依赖于在不同子系统之间产生纠缠的能力，而这正是可以用实验开创的方法进行探测的。
这种精确表征的能力也可能带来更好的量子传感器，这也是量子技术的另一个应用领域。