加州理工团队首次实现超冷原子体系中的“超纠缠”量子态
时间：2025-07-18 18:15
小编：小世评选
近日，美国加州理工学院的物理学教授Manuel Endres及其研究团队通过使用“光镊”技术，成功在超冷原子体系中实现了“超纠缠”量子态。这一里程碑式的发现标志着量子操控技术的显著进展，并有望为未来的量子计算带来新的可能性。研究成果于2023年5月22日正式发表在《科学》杂志上，论文的DOI为10.1126/science.adn2618。
在这项研究中，科学家们对锶原子进行了极为细致的操控。他们将这些原子冷却至接近绝对零度（-273.15℃），从而使其进入量子基态。在之后的实验中，研究团队采用了39束定制激光束（光镊），逐个捕获、定位这些原子，并构建出一个高度规整的原子阵列。在构建阵列的过程中，教授团队运用特殊的激光识别系统对不适合参与实验的高温原子进行了筛选，以确保最终阵列中99%的原子均处于仅比绝对零度高数万亿分之一开尔文的状态。
更为重要的是，在成功构建原子阵列之后，研究团队实现了双原子的“超纠缠”状态。该状态的特殊之处在于，即使相隔很大的距离，这些原子的量子特性依然能够保持强烈的关联性。以往的纠缠实验主要采用改变原子电子态的方式来实现，但本次实验的创新之处在于首次同时对原子的电子态和运动态进行操控，这一突破可能会为未来的量子网络奠定基础。
团队成员Adam Shaw表示：“在这种超纠缠状态下，原子的量子特性关联将保持非常稳固，即便它们被隔开至极远的距离。”为了形象化这一概念，Shaw举了一个生动的例子：“就像你和远在地球另一端的朋友，不仅会穿着同一色调的袜子，而且自动保持材质的差异。”这种力图将量子纠缠的概念与日常生活中的联系进行比喻，帮助公众更好地理解量子现象的复杂性。
普林斯顿大学的杰夫·汤普森教授指出，这一技术所采用的纠错机制与现有的量子计算系统具有良好的兼容性，这为这一技术的广泛应用提供了理论基础。同时，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的雅各布·考维则认为，原子的运动态将成为量子科学研究中不可或缺的重要资源。
尽管此次研究已经取得了重大的进展，但团队成员们表示，超纠缠态仅是他们在量子操控领域探索的起点。他们指出，目前的成果只是触及了量子操控应用的表面，未来这一技术可能会被用于构建高密度的量子存储设备，甚至成为研究未知量子物质的高精度模拟器。这从长远来看，可能会对量子通信、量子计算乃至量子加密等多个领域产生深远影响。
随着量子技术的不断发展，超纠缠量子态的实现不仅丰富了我们对量子力学的理解，也为实际应用铺平了道路。在量子计算的潜力逐渐被揭示的今天，这样的研究将激发更多科学家的兴趣，推动量子科技的前行。科学界普遍认为，超纠缠的研究前景广阔，将在未来的量子信息科学和技术上扮演重要角色。
加州理工学院的这一研究成果不仅在科学领域引起了广泛关注，且其实际应用潜力也激励着更多的科研人员致力于量子科技的研究和应用发展。在未来的日子里，使用超纠缠量子态的量子计算机、量子通信设备，将进入我们日常生活，改变我们对计算、通信和信息存储的传统认知。
