原子纠缠解锁“高温模式”有望应用于量子传感+精密测量

　　近日，记者从杭州电子科技大学获悉，该校教授孔嘉及巴塞罗那光子科学研究院、巴斯克大学的研究人员在高温原子纠缠上取得突破，在190°(463开尔文)炽热、无序原子气体中成功制备并观测到了前所未有的大尺度原子纠缠态，纠缠原子的数目高达10的13次方，刷新世界上迄今为止的最高记录。相关成果发表在《自然通讯》。

　　封装着铷金属和氮气混合物的玻璃气室的照片。该气室将被加热到450开尔文的高温，使得铷金属蒸发为游离态的原子气体，充满了整个气室。

　　纠缠的制备，好比建立人与人之间的默契。在经过统一训练的战友之间，比较容易培养出这种默契。相比之下，若要在自由散漫的普通人之间培养出“心有灵犀”的默契极具挑战。具有炽热和无序特性的热原子气体就好比自由散漫的普通人，而拥有统一化一运动秩序的冷原子则为井然有序的军人或战士。二者区别类似于白炽灯和激光的区别。

　　“不难想象，在‘战士’冷原子气体中，更容易制备和维持纠缠等量子关联特性，而想要在‘散漫的’热原子气体中建立量子关联便要面临更多的挑战。”孔嘉解释到，且考虑到原子随着温度升高越来越猛烈的碰撞因素，想要在热原子气体中维持量子特性更是难上加难。“因而以往的量子纠缠相关的技术和应用多在冷原子或低温环境下来实现，这大大限制了纠缠的用武之地。”

　　“纠缠态能否在如此炽热无序的热原子气体制备和维持，是一个有待解决的难题，如果能得以解决势必有着广阔的应用前景。”孔嘉举例，比如目前最灵敏的原子磁力计——SERF(无自旋交互驰豫)磁力计，正是以100-200摄氏度的高温原子为传感介质的。而我们研究的高温原子纠缠与SERF磁力计所采用的传感介质和工作环境完全相同，证实了纠缠态可用于高温的量子传感和精密测量。

　　“这一结果令人惊讶，与我们通常对纠缠的期望完全相反。”巴塞罗那光子科学研究所的 Morgan Mitchell教授如是说。据了解，孔嘉教授等人的这一基础研究成果，有望在量子计算、量子通信和量子传感(例如磁场探测)等方面获得广泛应用。

　　Morgan Mitchell教授则表示，希望这种大尺度的纠缠态能够提升传感器的灵敏度，包括在大脑成像、自动驾驶汽车以及暗物质探测等应用中实现更好的传感性能。

（图片来源：科技日报）