納米粒子“糾纏”突破量子極限
發布時間：2024.03.04 閱讀次數：
在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。
光鑷捕獲的兩個納米粒子通過在鏡子之間來回反射的光子耦合在一起。 圖片來源：英國曼徹斯特大學
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。
