摘要：然而，在此过程中的一个持续问题是原子的自然运动，这可能会将噪声（和误差）引入量子系统。但在发表在《科学》杂志上的突破性研究中，这种弱点已经被改变了。

通过控制单个原子，研究人员已经展示了一种将以前不需要的原子运动转化为优势的方法。

两个原子在很远的距离上纠缠在一起的插图。 （图片来源：VICTOR de SCHWANBERG/科学照片库，来自 Getty Images）

使用由激光组成的光镊，研究人员开发了一种纵单个原子并产生超纠缠状态的新方法。

这一突破可能会导致新形式的量子计算和量子模拟的进步，旨在回答有关物理学的基本问题。

几十年来，加州理工学院的科学家们一直在使用光镊来控制单个原子，取得了许多进步，包括量子纠错和创建世界上最精确时钟的方法。

然而，在此过程中的一个持续问题是原子的自然运动，这可能会将噪声（和误差）引入量子系统。但在发表在《科学》杂志上的突破性研究中，这种弱点已经被改变了。

“我们表明，原子运动在量子系统中通常被视为不需要的噪声源，可以转化为一种强度，”博士后研究员、该研究的第一作者亚当·肖 （Adam Shaw） 在加州理工学院网站上的一份声明中说。

Shaw 和同事们没有产生破坏性影响，而是利用这种运动创造了超纠缠的原子集。超纠缠不同于传统的量子纠缠，传统的量子纠缠描述了两个或多个同步的粒子，它们在很远的距离上共享一个属性。相比之下，超纠缠原子可以同时共享多种特性。

在实验中，加州理工学院团队能够同时将一对原子中的运动状态和电子状态（原子内部能级的量度）联系起来。

加州理工学院物理学教授、该研究的共同主要作者曼努埃尔·恩德雷斯 （Manuel Endres） 表示，这一成就在数量和效率方面都是重要的一步。“这使我们能够在每个原子上编码更多的量子信息，”他在声明中说。“你会用更少的资源得到更多的纠缠。”

为了实现这种超纠缠状态，该团队首先必须使用一种不带电的新方法冷却不带电的碱土原子，Endres 说这种方法涉及“检测和随后的热运动激励的主动校正”。通过部署这种方法，该团队几乎能够完全冻结原子的运动。

下一步是使原子像钟摆一样同时在两个不同的方向上以微小的尺度振荡，从而产生一种叠加状态——当一个粒子同时表现出相反的性质时。然后，这些振荡的原子与匹配它们运动的伙伴纠缠在一起，最后超纠缠以反映它们的电子状态。

根据 Endres 的说法，实验的目的是找到他们可以对原子施加的控制极限。“我们基本上是在构建一个工具箱，”他说。“我们知道如何控制原子内的电子，现在我们学会了如何控制整个原子的外部运动——这就像一个你已经完全掌握的原子玩具。”

这一发现最令人兴奋的方面之一是暗示可能会有更多的状态或属性纠缠在一起，Endres 说这可能会导致许多潜在的应用。

“运动状态可以成为量子技术的强大资源，从计算到模拟再到精密测量。”

来源：老尹的科学讲堂