5月7日《科學》雜誌上的一篇文章稱，科研人員首次在宏觀物體(ti) 之間實現了量子糾纏，並對實驗結果實施了有效測量。

Teufel / NIST

量子糾纏被稱為(wei) “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(yu) 糾纏態的一對粒子，無論是近在咫尺，還是分處宇宙的兩(liang) 端，都能夠在其中一個(ge) 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(jin) 存在於(yu) 亞(ya) 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(men) 在兩(liang) 個(ge) 宏觀物體(ti) 之間實現了量子糾纏。

這兩(liang) 個(ge) 宏觀物體(ti) 是兩(liang) 片鋁製的膜。每一片的麵積為(wei) 20×14微米，厚度為(wei) 100納米，重約70皮克，包含大約1萬(wan) 億(yi) 個(ge) 原子。以我們(men) 日常的標準來看，它們(men) 依然非常小，但是在量子力學中，它們(men) 確實已經是宏觀物體(ti) 。

科學家已經不止一次地讓兩(liang) 個(ge) 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(wei) 環境和宏觀物體(ti) 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(wei) 了實現宏觀物體(ti) 的量子糾纏，研究人員發明了一種新的方法，能夠同步控製和測量兩(liang) 片鋁膜的運動。

這兩(liang) 片膜被置於(yu) 一個(ge) 超低溫容器內(nei) ，並與(yu) 一個(ge) 電子回路連接在一起。電子係統能夠對接收到的微波脈衝(chong) 作出回應，進而控製膜的活動。

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

為(wei) 了在兩(liang) 片膜之間實現量子糾纏，研究人員將微波脈衝(chong) 的頻率控製在兩(liang) 片膜的振動頻率之間，即高於(yu) 膜1並低於(yu) 膜2。脈衝(chong) 使膜1的晶格振動與(yu) 容器光子發生糾纏，形成晶格振動-光子對。微波脈衝(chong) 還會(hui) 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(liang) 片膜的大量處於(yu) 糾纏態的晶格振動。

要讓晶格振動對發生糾纏，微波脈衝(chong) 的持續時間非常重要。研究人員發現，所需的脈衝(chong) 時長最短為(wei) 4微秒。而要產(chan) 生強糾纏晶格振動，理想的時長是16.8微秒。膜間的關(guan) 聯性量子態維持了大約一毫秒，而這在量子世界裏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征表明，這兩(liang) 片膜之間存在著糾纏。

為(wei) 了加以驗證，研究人員還將實驗重複了10000次，對兩(liang) 片膜位置對應關(guan) 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隻有平均值。而如果準確率偏高，就表明它們(men) 之間存在著糾纏。

這是科學家首次實現宏觀物體(ti) 的量子糾纏。高度糾纏的宏觀物體(ti) 可用於(yu) 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麵也有實際意義(yi) 。

參考
Direct observation of deterministic macroscopic entanglement

https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abf2998