雖然量子糾纏現象已在微觀粒子中得到證實,但在日常物體之間卻很難看到。美國芝加哥大學研究團隊成功展示了兩個聲波諧振器之間的高保真糾纏,標志著量子聲學領域的重大進展。相關論文發表在10日的《自然-通訊》雜志上。

之前研究已證明,可將非常小的物體糾纏在一起,如在單個電子間實現糾纏。但現在,芝加哥大學研究團隊利用聲波諧振器實現了更大尺度上的糾纏。這里的糾纏并非發生在構成諧振器的分子、原子或其他粒子之間,而是發生在諧振器產生的“聲子”之間。

聲子是納米級的機械振動,可被視為是一種聲音。研究人員解釋說,聲子是構成聲音的最小量子單元。聲子不是基本粒子,而可能是數萬億個粒子共同運動的集體表現。與單個電子、單個原子、單個光子的量子糾纏系統相比,這是宏觀的。

傳統上,量子力學適用于微觀尺度的物理現象,經典物理學則適用于人類日常經驗尺度。然而,通過實現大規模物體集體運動的量子糾纏,這一界限正在被拓展。隨著技術進步,薛定諤提出的“貓態”(即量子疊加態)存在的范圍也在逐漸擴大。

研究團隊開發了一種裝置,核心組件為兩個表面聲波諧振器。它們各自位于獨立的芯片上,并配有相應的機械支撐結構。每個諧振器均與一個超導量子比特相連,這些量子比特用于生成并檢測聲子的糾纏態。利用此裝置,研究團隊證實,在保持物理分離的同時,大型諧振器仍能以高保真度實現量子糾纏。

研究人員表示,盡管之前已有實驗證明了糾纏現象的存在,但這些實驗的保真度有限。而本研究展示了一種能力,即能制造出更為復雜的糾纏態,未來有望將邏輯編碼加入其中。