量子纠缠的实验过程
在实验中，研究人员将一个装有蒸发铷和惰性氮气的小玻璃管加热到177摄氏度，这个温度恰好是烘烤饼干的最佳温度。在这个温度下，铷原子的热云处于混沌状态，每秒发生数千次原子碰撞，原子彼此反弹，传递能量并旋转。前面提到，在量子层面，已经不属于经典力学的范畴，因此这种自旋并不代表原子的物理运动。
在量子力学中，自旋是粒子的一个基本性质，就像质量或电荷一样，这是粒子一个固有的角动量。在许多方面，粒子的自旋类似于旋转的行星，既有角动量又产生一个弱磁场，称为磁矩。但在量子力学这个古怪的世界里，经典的类比就分崩离析了。像质子或电子这样的粒子正在旋转大小和形状的固体物体，这种观点并不符合量子世界观。当科学家试图测量一个粒子的自旋时，他们得到了两个答案之一：向上或向下，在量子力学中没有中间子。幸运的是，由粒子旋转产生的微小磁场使科学家能够以多种独特的方式测量自旋。其中之一涉及偏振光，即单一方向上振荡的电磁波。我们所知道的光其实是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。
实验结果
随后研究人员向铷原子管发射了一束偏振光，因为原子的自旋就像微小的磁铁，所以当光通过气体并与它的磁场相互作用时，它的偏振会旋转。这种轻原子相互作用在原子和气体之间产生了大规模的纠缠。当研究人员测量从玻璃管另一侧出来的光波的旋转时，他们可以确定原子气体的总自旋，从而将纠缠转移到原子上，使原子处于纠缠状态。
事实上，玻璃管内“又热又乱”的环境是实验成功的关键。原子处于物理学家所称的宏观自旋单重态，即纠缠粒子对的总自旋和为零的集合。最初纠缠的原子通过量子实验中的碰撞进而相互传递它们的纠缠，交换它们的自旋，但始终保持总自旋为零，并保持集体纠缠状态至少持续毫秒。例如，粒子A与粒子B纠缠在一起，但当粒子B击中粒子C时，它会将两个粒子与粒子C连接起来，以此类推。
在这个实验中，大约每秒1000次的撞击，大约有15万亿个原子被纠缠。一毫秒对原子来说是很长的时间，足够长到大约50次随机碰撞发生。这清楚地表明纠缠并没有被这些随机事件破坏，这是这项研究最令人惊讶的结果。
由于科学家们只能理解纠缠原子的集体态，因此他们的研究仅限于特殊用途。像量子计算机这样的技术可能是不可能的，因为这个技术需要知道单个纠缠粒子的状态来存储和发送信息。
对人类的影响
不过，这项研究结果可能有助于开发超灵敏磁场探测器，能够测量比地球磁场弱100多亿倍的磁场。这种强大的磁强计在许多科学领域都有应用。例如，在神经科学的研究中，脑磁图是通过检测大脑活动发出的超微弱磁信号来获取大脑图像的。甚至在未来从脑成像到自动驾驶汽车，再到寻找暗物质等应用领域带来更好的传感器性能，这都是有可能的，期待人类在量子纠缠方面能够有持续的进步。返回搜狐，查看更多