超冷原子中首次實現“超糾纏”態

科技日報北京5月25日電 （記者張佳欣）美國加州理工學院團隊在最新一期《科學》雜誌上報告稱，首次在超冷原子體系中實現了“超糾纏”態。這一突破性成果標誌着人類對這些原子的量子特性實現了前所未有的控制，或為量子計算以及旨在探索物理學基本問題的量子模擬開闢新路徑。

自20世紀90年代以來，研究人員一直在努力利用激光和電磁力使原子達到超冷狀態，但在這些實驗中，仍有一些原子相對較熱，或者由於實驗中的微小缺陷而吸收了少量熱量。

此次，團隊通過激光構建的“光鑷”技術，不但成功冷卻了中性鍶原子陣列至接近絕對零度的狀態，還首次將原子的運動狀態也納入量子信息編碼之中，將過去被視為噪聲的熱運動轉變為資源。

團隊先利用39束特定波長的激光光束（即光鑷），對一個個原子進行光學操控和冷卻，通過精準檢測和主動糾正温度稍高的原子，使99%的原子達到“極冷”狀態。這種創新性方法甚至優於現有最先進的激光冷卻技術。

隨後，他們將這些處於極冷狀態的原子激發為類似鐘擺振盪的運動狀態，其振幅約為100納米，並進一步將原子的兩個振盪狀態疊加形成量子“疊加態”。就像一個孩子在鞦韆上同時接受兩位家長從相反方向的推力，雖在宏觀世界中無法實現，但在量子尺度卻能成為現實。

在此基礎上，團隊將這些“搖擺”的原子兩兩糾纏，不僅使它們的運動狀態保持同步，還同步了它們的內部電子能級狀態，即“超糾纏”態。

在基本糾纏態中，即使兩個粒子相隔甚遠，它們仍保持關聯。而在“超糾纏”態中，一對粒子的兩個特性也相互關聯。如果説基本糾纏態是兩個遠隔千里的朋友在同一天點了同樣的奶茶，那麼“超糾纏”態就像是他們不僅奶茶口味一致，連甜度和冰塊的選擇也自動匹配。

這是科學界首次在有質量的粒子（如中性原子或離子）中實現“超糾纏”態，此前該現象僅在無質量的光子中得以實現。該成果不僅提升了每個原子所能承載的量子信息量，也為更緊湊、更高效的量子計算和量子存儲奠定了基礎。