《Nature》：科學家完成首次大規模量子糾纏實驗

量子糾纏是一種相當燒腦的現象，它指的是一對或者一組粒子的相互作用，這種相互作用使得這些粒子可以違反經典力學法則。即使兩個物體並沒有物理連接，甚至它們之間的距離如宇宙長度般遙遠，也能同時相互產生影響。

被愛因斯坦描述為「鬼魅般的超距作用（spooky action at a distance）」的糾纏現象是量子力學的基礎，這門學科描述極其微小的物體所具備的奇異物理現象。在如量子計算機等革命性的技術中，量子糾纏也擔當了重要的角色。

要通過科學實驗來展現量子糾纏這種現象極其困難，即便是最微小的環境干擾也有可能打斷所研究粒子間的聯繫，所以到目前為止，人們只成功用光子或與之大小相近的原子在極其微小的範圍內展示過這一現象。

然而，在《Nature》雜誌刊登的一項新研究中，一個由來自不同高校的科學家組成的國際團隊完成了一次創舉——在大規模量級的實驗中實現了量子糾纏現象。這個實驗將有助於擴展人們對於量子力學的認知。這些科學家分別來自澳大利亞的新南威爾士大學、芝加哥大學和芬蘭的兩所高校——阿爾託大學和于韋斯屈萊大學。

該團隊通過對電路施加微波，讓安裝在一枚硅質晶元上的兩個鋁製鼓膜發生高頻振動，並成功使兩個鼓膜的運動產生糾纏現象。這兩個鼓膜只有約 15 微米，大約與人類頭髮的寬度相當，但是它們包含了數十億計的原子，以量子尺度來看是巨大的。與之前糾纏實驗的對象相比，它們要大很多很多。

芝加哥大學分子工程學院的教授 Aashish Clerk 表示：「我們的系統中有兩個很小的振動鼓膜，如果只觀測其中一個，你會覺得它的運動是完全隨機的。但是如果同時觀測這兩個鼓膜，你會發現兩者的振動模式是及其相關的，比方說一個鼓膜向上運動時，另一個就會向下運動。」

他還說：「如果從經典物理的角度來看，兩個鼓膜的振動是不會出現如此強烈的相關性的，這種糾纏現象正是愛因斯坦所說的『鬼魅般的超距作用』，也是一直令他迷惑不解的現象。」

研究者們消除了各種環境干擾，並讓實驗在零下 273.15℃（接近絕對零度）的溫度下進行。令人吃驚的是，他們的實驗方法使得糾纏狀態持續了相當長的時間，差不多快半個小時。

這個新發現意味著我們有可能在較大的物體中人為「製造」糾纏狀態，而這種可能性在多個方面都有著重大的意義。

實驗中所使用的硅質晶元上的兩個 15 微米的鼓膜。這兩個鼓膜以極高的超聲頻率振動，併產生了愛因斯坦預測過的奇異量子狀態。

Clerk 說：「對於那些要使用量子力學中最反直覺概念的各種潛在技術，如量子計算機和各種超精密感測器等來說，糾纏現象是它們的關鍵資源。」

Clerk 還說：「這項研究說明，我們現在有能力在宏觀物體上「製造」並維持這種非同尋常的糾纏狀態。小型振動器件在許多應用中起到了至關重要的作用，如手機中各種感測器和濾波器等。這類器件的『量子版本』則可能有更多應用，比如它們可以作為某種『匯流排』來從一種物理系統將量子信息傳送到另一個物理系統。

Clerk 補充道：「更重要的是，當被問起『在描述宏觀物體時，我們要不要修改量子力學的法則？』時，許多人覺得是需要修改的，這是因為我們對於量子力學和重力的相互作用知之甚少。而我們這種讓大的物體產生量子狀態的實驗，將可以幫助人們更好的回答這些問題。」

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