量子云突破！物理學家剛剛在大規模的原子云中測試了量子糾纏

從隧道穿越到兩個地方的不可逾越的障礙，原子和粒子的量子世界是出了名的怪異。

然而量子力學的奇異特性並不是數學上的怪僻——它們是在實驗室中反覆出現的真實效應。

量子力學最具標誌性的特徵之一就是「糾纏」——描述那些神秘地連在一起的粒子，不管它們相距多遠。

現在，三個獨立的歐洲研究小組已經成功地將數千個原子的雲分離開來，而不僅僅是一對粒子。

他們也找到了一種利用他們的技術潛力的方法。

當粒子糾纏在一起時，它們會以一種相互依賴的方式分享屬性，即使它們被遠距離分離。

愛因斯坦著名的稱為糾纏「幽靈般的行動在遠處」，因為改變一個粒子在一個糾纏的一對影響它的孿生瞬間-不管它有多遠。

雖然糾纏可能聽起來很古怪，但實驗已經證明它已經存在多年了。

它也有可能成為特別有用的粒子——以這種方式連接的粒子可以用來轉移粒子的量子態，比如自旋，從一個位置到另一個位置(瞬間移動)。它們還可以在給定的卷(超密集編碼)中存儲大量信息。

除了這種存儲容量之外，纏繞還可以幫助連接和結合全球不同地區的系統的計算能力。

很容易看出這是如何使它成為量子計算的一個關鍵方面。

另一個有前途的途徑是真正的安全通訊。這是因為任何試圖干擾包含糾纏粒子的系統的嘗試都會立即擾亂這種糾纏，使信息明顯被篡改。

還可以使用糾纏光子來提高成像技術的解析度。滑鐵盧大學的研究人員目前希望研製一種能夠探測隱形飛機的量子雷達。

然而，事實證明，實現基於糾纏的技術的承諾是困難的。這是因為纏結是一種非常脆弱的現象。關於糾纏的實驗通常產生單個的粒子對。

然而，單粒子很難準確地探測到，而且常常由於背景雜訊而丟失或模糊。

因此，在糾纏態中產生它們的任務，以有用的操作所需要的方式來操縱它們，最後使用它們，常常是令人生畏的。

量子云

這是發表在《科學》三篇論文中的新研究(你可以在這裡和這裡看到)，取得了重大突破。

研究人員開始使用一種超冷氣體——一種由數千個原子組成的集合，而不是單一的粒子，一次糾纏一個粒子。這些冷卻到頭髮的絕對零度，最低的溫度可能。

當被限制在一個小體積內，這樣的雲中的原子變得難以區分，形成了一種新的物質狀態，稱為玻色-愛因斯坦凝聚態。

雲中的原子現在是集體行為——它們被糾纏在一起。科學家們於1995年首次發現了這種物質狀態，並於2001年獲得了諾貝爾物理學獎。

儘管這一方法在一段時間內就已經被人們所知，它同時使成千上萬的原子同時存在，但至今還沒有人演示一種真正利用它的技術。

這項新研究的研究人員表明，你可以將這些雲分成不同的組，並且仍然可以保持內部原子之間的量子聯繫。

他們這樣做的方法是將原子從封閉空間中釋放出來，並利用激光將其分離，並測量膨脹雲的遠端部分的性質。

研究人員推測，開發的方法可以被擴展，使每一個原子都能獨立使用——如果實現了，那麼量子計算將帶來巨大的好處。

在數字計算中，信息被處理為1和0，二進位數字(或比特)。量子計算中的類似物被稱為量子位。

目前在糾纏態的離子(帶電原子)中一個一個的產生量子比特的記錄只有20個，因此在這樣的雲中同時產生成千上萬的量子位將會是一個巨大的進步。

另一個受益於這項突破的領域是計量學，即超精確測量的科學。

當在兩個粒子或系統之間建立糾纏時，對其中一半的測量會顯示另一個粒子的信息。

這使得可以用更大的靈敏度來測量參數。以這種方式使用糾錯可以提高原子鐘的精確度，並能提高全球定位系統(GPS)的精確度，或者為核磁共振機器製造更靈敏的探測器。

了解和利用量子效應，例如糾纏，將允許新技術的發展，超越我們今天擁有的任何能力。

這就是為什麼在量子技術領域的研究背後有如此多的興奮，以及為什麼在這項新研究中取得的進步如此重要。

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