大规模的量子纠缠

当物理学处理非常小尺度的事物时，比如原子或分子，解释物理学的熟悉规则被抛在后面，事物以奇怪的方式表现。这就是量子力学的奇妙世界。最奇怪的量子现象之一被称为“纠缠”——两个独立的实体即使相隔很远，也会表现得像一个实体一样。举个极端的例子，如果你把两个纠缠在一起的原子移到宇宙的两端，对其中一个做点什么，另一个会立刻知道!但现在它变得更奇怪了，因为一组美国物理学家已经超越了这个量子世界的界限，并让同样的事情发生在比原子大得多的实体上。达勒姆大学的物理学家弗兰·查达·戴没有参与这项研究，但正如菲尔·桑索姆发现的那样，她对研究结果感到非常兴奋……

弗兰:就量子世界而言，它是巨大的。这表明量子物理可以也确实适用于更大的物体。

菲尔:这是一种量子效应——通常在微小粒子的尺度上——但他们已经成功地在很多很多粒子的尺度上做到了?

弗兰:对，完全正确。我们通常认为量子纠缠是影响原子和分子的东西，但这些研究人员已经用两个比原子大10万亿倍的物体实现了量子纠缠。

那么量子纠缠到底是什么呢?

量子纠缠是一种效应，当两个物体相互作用时，它们不再被认为是两个独立的物体。它们必须被视为一个对象。即使在相互作用之后，你把它们移得很远，这也是正确的。

菲尔-那真是太疯狂了。这听起来就像你可能有一个挂坠盒的两半——类似的东西——但它们仍然表现得像一个挂坠盒。

弗兰:是的。就是这样。很长一段时间以来人们都很害怕，因为……人们称之为“幽灵般的远距离行动”，因为这些事情似乎是瞬间发生的。你可以通过对一个对象做一些事情来影响另一个对象。

菲尔:真是令人毛骨悚然!

弗兰:是的。这就是为什么它有点…当它只发生在原子和分子上时，我认为人们不那么害怕，因为它们很小，离我们很远。但现在它发生在越来越大的物体上，这就更可怕了!

菲尔:这些研究人员设法纠缠的对象是什么?

弗兰-它是由薄膜铝制成的两个鼓头。

菲尔-鼓头-鼓的顶部?

弗兰:是的。它就像一个非常非常小的鼓的顶部。

菲尔:你知道他们为什么要找这些东西吗?

弗兰:这是因为他们缠鱼的方法。他们把它们放在一个腔中，通过发送两个光脉冲，他们可以缠绕这些鼓头。第一脉冲具有与第一鼓头的运动产生纠缠光子的效果，第二脉冲具有与第二鼓头的振动交换该光子的效果。

菲尔:他们是不是通过一种微小的光粒子——光子——的相互作用，设法把这两个鼓头连接在一起，这种连接就形成了量子纠缠态?

弗兰:是的。完全正确。

菲尔-他们怎么知道他们真的做到了?

两个鼓头的位置和动量之间存在相关性。经典物理学中也会出现相关性，所以他们必须对位置和动量做一些数学计算，以证明他们观察到的特定相关性产生的唯一途径是由于量子纠缠。

菲尔-对。所以经典说一件事，量子说另一件事…

弗兰:对，没错。

菲尔-…他们发现它是量子的而不是经典的。

弗兰:是的。这是一个非常重要的结果。

Phil -你能把这两个鼓分开很远，它们仍然纠缠在一起，保持这种相关性吗?

弗兰:是的。原则上是可以的。你得小心一点，当你把它们移得很远的时候，它们不会和其他可能破坏纠缠的东西相互作用，但原则上是可以的。

理论上他们能不能把鼓做得更大，或者增加更多的鼓，或者做类似的事情?

弗兰:是的。他们在论文中确实说过，他们希望这将是一个垫脚石。所以我认为我们应该期待看到这项研究进一步发展到更大或更多的物体。

菲尔:你认为它会发展到这样一个阶段，我的挂坠盒的例子——也许我与一些失去已久的爱分享——实际上是纠缠在一起的，你真的能做到吗?

弗兰:可能不会。会有很多与空气的相互作用，与环境中的其他东西的相互作用，这会破坏缠结。

Phil -这对任何事情都有用吗，或者这只是一个以前从未在这个尺度上见过的很酷的物理现象?

弗兰:可能会有用的!正在开发的各种技术，比如量子计算和量子传感器，都依赖于对更大量子系统的精确控制和测量。