納米粒子“糾纏”突破量子極限

科技日報2024年3月1日報道，在3月1日發表于《自然·物理》雜志的一項新研究中，來自英國、瑞士和奧地利的國際研究團隊建立了一種新的平臺，來解決經典物理和量子物理之間的邊界問題。這一成果代表著在理解基礎物理學方面的重大飛躍，也為實際應用帶來了希望，特別是在用于環境監測和離線導航的傳感器技術方面。

在過去一個世紀里，物理學家已在越來越大的物體中觀察到量子現象，從電子等亞原子粒子到包含數千個原子的分子。最近，懸浮光力學領域致力于在真空中控制高質量微米級物體，希望能測試比原子和分子重幾個數量級的物體中的量子現象，進一步突破這一極限。然而，隨著物體質量和大小的增加，其量子特征（如糾纏）的相互作用會消失在環境中。

為了在更大尺度上觀察量子現象并揭示經典－量子轉變，量子特征需要在環境噪聲存在的情況下保持不變。有兩種方法可做到這一點：一是抑制噪聲，二是增強量子特征。新研究則采取了第二種方法。

研究證明，利用光鑷捕獲的兩個0.1微米大小的玻璃粒子之間，其糾纏所需的相互作用可被放大幾個數量級，以克服對環境的損失。

研究人員將兩個粒子放置在兩個高反射鏡之間，形成一個光學腔。通過這種方式，每個粒子散射的光子在離開腔體之前會在鏡面之間反彈數千次，導致與另一個粒子相互作用的機會大大增加。由于光學相互作用是由空腔介導的，因此它的強度不會隨著距離而衰減，這意味著研究人員可在幾毫米范圍內耦合微米級粒子。

相對于其他傳感量子系統來說，懸浮式機械傳感器的關鍵優勢在于質量更高，這使它們非常適合于探測引力和加速度，能夠達到更高的靈敏度，例如在氣候研究中監測極地冰，在導航中測量加速度。

（來源：科技日報）