纳米粒子“纠缠”突破量子极限

科技日报2024年3月1日报道，在3月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質量更高，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。

（来源：科技日报）