科學家首次實現宏觀物體之間的量子糾纏

量子糾纏被稱為「幽靈般的超距作用」，是一種連愛因斯坦也不敢相信的神奇量子物理現象。處於糾纏態的一對粒子，無論是近在咫尺，還是分處宇宙的兩端，都能夠在其中一個粒子有所動作的時候，瞬間作出相應的反饋。

量子糾纏理論上僅存在於亞原子級別以下的微觀世界。但是最近，美國國家標準和技術研究所（NIST）的科學家稱，他們在兩個宏觀物體之間實現了量子糾纏。

這兩個宏觀物體是兩片鋁製的膜。每一片的面積為20×14微米，厚度為100納米，重約70皮克，包含大約1萬億個原子。以我們日常的標準來看，它們依然非常小，但是在量子力學中，它們確實已經是宏觀物體。

科學家已經不止一次地讓兩個單一粒子實現量子糾纏。但是要讓大量粒子同時發生糾纏非常困難。因為環境和宏觀物體之間存在著非常強的相互影響，精巧的量子態極易在此過程中被破壞。

為了實現宏觀物體的量子糾纏，研究人員發明了一種新的方法，能夠同步控制和測量兩片鋁膜的運動。

這兩片膜被置於一個超低溫容器內，並與一個電子迴路連接在一起。電子系統能夠對接收到的微波脈衝作出回應，進而控制膜的活動。

研究人員分三步對膜施以影響，每次產生一對同步微波脈衝。首先要使膜冷卻，然後使膜發生糾纏，最後將與這兩個膜量子態有關的信號放大並記錄下來。膜的量子態被編碼在一個反射微波場中。研究人員將反射信號和原始微波脈衝進行比較，以確定這兩片膜的位置和運動。

為了在兩片膜之間實現量子糾纏，研究人員將微波脈衝的頻率控制在兩片膜的振動頻率之間，即高於膜1並低於膜2。脈衝使膜1的晶格振動與容器光子發生糾纏，形成晶格振動-光子對。微波脈衝還會進一步冷卻膜2，使得離開容器的光子被晶格振動取代。最後剩下的，就是來自兩片膜的大量處於糾纏態的晶格振動。

要讓晶格振動對發生糾纏，微波脈衝的持續時間非常重要。研究人員發現，所需的脈衝時長最短為4微秒。而要產生強糾纏晶格振動，理想的時長是16.8微秒。膜間的關聯性量子態維持了大約一毫秒，而這在量子世界裡已經是相當長的時間了。

研究人員分析了收集到的反饋信號。通常情況下，這些信號應當是隨機的。但實際結果中的異常特徵表明，這兩片膜之間存在著糾纏。

為了加以驗證，研究人員還將實驗重複了10000次，對兩片膜位置對應關係的不同結果進行了統計學分析。在不存在糾纏的情況下，通過一片膜預測另一片膜位置的準確率只有平均值。而如果準確率偏高，就表明它們之間存在著糾纏。

這是科學家首次實現宏觀物體的量子糾纏。高度糾纏的宏觀物體可用於建造量子網絡的節點。而此項研究中所涉及的高效測量法，在遠距離量子通訊的應用方面也有實際意義。