5月25日,来自美国加州理工学院的物理学教授Manuel Endres及其团队利用“光镊”——一种基于激光的镊子技术,成功对单个原子进行了精确操控,并在超冷原子系统中首次实现了“超纠缠”的量子状态。
相关研究成果在5月22日成功发表在《科学》杂志上(IT之家提供DOI:10.1126/science.adn2618),该成果揭示了量子操控技术的最新进展,或许将为量子计算领域带来全新的发展方向。
研究团队成功将锶原子冷却至接近绝对零度(-273.15℃),随后运用39束精心设计的激光束(光镊)逐一捕捉这些原子,以此构建出一个整齐有序的阵列。在此之后,科研人员借助特殊的激光识别系统,对温度未达标的原子进行检测,并采取二次冷却或移除的措施。经过这一系列操作,阵列中高达99%的原子均达到了仅比绝对零度高数万亿分之一开尔文的量子基态。
在此基础上,该团队巧妙地掌握了原子的电子状态及其运动状态,成功实现了双原子间的“超纠缠”现象。在这种特殊的情形下,即便原子之间相隔甚远,它们的量子特性依旧保持着复杂的相互联系。
这标志着我们首次在大质量粒子,如中性原子或离子中,成功实现了“超纠缠”现象,而这之前仅限于光子领域。以往的技术手段主要是通过调整原子的电子态来达成纠缠,然而,本次实验创新性地实现了对原子运动态的同时操控。
在这种情形下,量子特性的相互联系将持续稳固,即便原子之间相隔遥远的距离。团队成员Adam Shaw如此阐述,“这就像你与身处地球另一侧的朋友,即便你们穿着同色袜子,也会自然而然地保持材质的不同。”
普林斯顿大学的杰夫・汤普森提出,这项技术的错误修正功能能够与现行的量子计算架构相协调。而伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的雅各布・考维则认为,原子的运动状态在量子科学领域将扮演关键角色。
研究团队指出,超纠缠态仅仅是量子操控领域的一个初步阶段。“目前我们仅是触及了冰山一角,展望未来,这项技术有望被应用于开发高密度量子存储装置,亦或转变为研究未知量子物质的精密模拟工具。”