近日，記者從杭州電子科技大學(xué)獲悉，該校教授孔嘉及巴塞羅那光子科學(xué)研究院、巴斯克大學(xué)的研究人員在高溫原子糾纏上取得突破，在190°（463開爾文）熾熱、無序原子氣體中成功制備并觀測(cè)到了前所未有的大尺度原子糾纏態(tài)，糾纏原子的數(shù)目高達(dá)10的13次方，刷新世界上迄今為止的最高記錄。相關(guān)成果發(fā)表在《自然通訊》。

封裝著銣金屬和氮?dú)饣旌衔锏牟Ａ馐业恼掌Ｔ摎馐覍⒈患訜岬?50開爾文的高溫，使得銣金屬蒸發(fā)為游離態(tài)的原子氣體，充滿了整個(gè)氣室。

糾纏原子云的示意圖，其中黃藍(lán)線條表示一對(duì)原子間的糾纏

糾纏的制備，好比建立人與人之間的默契。在經(jīng)過統(tǒng)一訓(xùn)練的戰(zhàn)友之間，比較容易培養(yǎng)出這種默契。相比之下，若要在自由散漫的普通人之間培養(yǎng)出“心有靈犀”的默契極具挑戰(zhàn)。具有熾熱和無序特性的熱原子氣體就好比自由散漫的普通人，而擁有統(tǒng)一化一運(yùn)動(dòng)秩序的冷原子則為井然有序的軍人或戰(zhàn)士。二者區(qū)別類似于白熾燈和激光的區(qū)別。

“不難想象，在‘戰(zhàn)士’冷原子氣體中，更容易制備和維持糾纏等量子關(guān)聯(lián)特性，而想要在‘散漫的’熱原子氣體中建立量子關(guān)聯(lián)便要面臨更多的挑戰(zhàn)。”孔嘉解釋到，且考慮到原子隨著溫度升高越來越猛烈的碰撞因素，想要在熱原子氣體中維持量子特性更是難上加難。“因而以往的量子糾纏相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用多在冷原子或低溫環(huán)境下來實(shí)現(xiàn)，這大大限制了糾纏的用武之地。”

“糾纏態(tài)能否在如此熾熱無序的熱原子氣體制備和維持，是一個(gè)有待解決的難題，如果能得以解決勢(shì)必有著廣闊的應(yīng)用前景。”孔嘉舉例，比如目前最靈敏的原子磁力計(jì)——SERF（無自旋交互馳豫）磁力計(jì)，正是以100-200攝氏度的高溫原子為傳感介質(zhì)的。而我們研究的高溫原子糾纏與SERF磁力計(jì)所采用的傳感介質(zhì)和工作環(huán)境完全相同，證實(shí)了糾纏態(tài)可用于高溫的量子傳感和精密測(cè)量。

“這一結(jié)果令人驚訝，與我們通常對(duì)糾纏的期望完全相反。”巴塞羅那光子科學(xué)研究所的 Morgan Mitchell教授如是說。據(jù)了解，孔嘉教授等人的這一基礎(chǔ)研究成果，有望在量子計(jì)算、量子通信和量子傳感（例如磁場(chǎng)探測(cè)）等方面獲得廣泛應(yīng)用。

Morgan Mitchell教授則表示，希望這種大尺度的糾纏態(tài)能夠提升傳感器的靈敏度，包括在大腦成像、自動(dòng)駕駛汽車以及暗物質(zhì)探測(cè)等應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更好的傳感性能。