2024年03月02日 星期六
纳米粒子“纠缠”突破量子极限

    科技日报北京3月1日电 (记者张佳欣)在1日发表于《自然·物理》杂志的一项新研究中,来自英国、瑞士和奥地利的国际研究团队建立了一种新的平台,来解决经典物理和量子物理之间的边界问题。这一成果代表着在理解基础物理学方面的重大飞跃,也为实际应用带来了希望,特别是在用于环境监测和离线导航的传感器技术方面。

    在过去一个世纪里,物理学家已在越来越大的物体中观察到量子现象,从电子等亚原子粒子到包含数千个原子的分子。最近,悬浮光力学领域致力于在真空中控制高质量微米级物体,希望能测试比原子和分子重几个数量级的物体中的量子现象,进一步突破这一极限。然而,随着物体质量和大小的增加,其量子特征(如纠缠)的相互作用会消失在环境中。

    为了在更大尺度上观察量子现象并揭示经典-量子转变,量子特征需要在环境噪声存在的情况下保持不变。有两种方法可做到这一点:一是抑制噪声,二是增强量子特征。新研究则采取了第二种方法。

    研究证明,利用光镊捕获的两个0.1微米大小的玻璃粒子之间,其纠缠所需的相互作用可被放大几个数量级,以克服对环境的损失。

    研究人员将两个粒子放置在两个高反射镜之间,形成一个光学腔。通过这种方式,每个粒子散射的光子在离开腔体之前会在镜面之间反弹数千次,导致与另一个粒子相互作用的机会大大增加。由于光学相互作用是由空腔介导的,因此它的强度不会随着距离而衰减,这意味着研究人员可在几毫米范围内耦合微米级粒子。

    相对于其他传感量子系统来说,悬浮式机械传感器的关键优势在于质量更高,这使它们非常适合于探测引力和加速度,能够达到更高的灵敏度,例如在气候研究中监测极地冰,在导航中测量加速度。

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