北京
這項研究探索了光如何映射量子材料的行為并揭示隱藏的量子效應(yīng)。
量子糾纏至今仍是物理學(xué)中最奇特的概念之一。兩個粒子緊密關(guān)聯(lián)，哪怕相隔很遠，改變其中一個，另一個也會瞬間受到影響。多年來，科學(xué)家一直在微小的量子系統(tǒng)中研究這一效應(yīng)，但在更大的材料中控制糾纏卻困難得多。萊斯大學(xué)的研究人員認為，他們或許找到了一種讓這個過程變得更容易的方法。
物理學(xué)家斯其苗及其合作者提出了一種利用量子光從量子材料中提取糾纏的方法。這項工作有助于科學(xué)家更好地研究奇異材料，同時也能支持未來的量子技術(shù)。
他們的想法是將材料置于微小的鏡面腔內(nèi)，并使其與光子（即光的粒子）相互作用。在合適的條件下，光和物質(zhì)會開始表現(xiàn)為一個相互連接的量子系統(tǒng)。
臨近臨界點
多年來，研究人員一直認為，要在光與物質(zhì)之間形成這種混合態(tài)，需要極強相互作用。而構(gòu)建出足夠強大的系統(tǒng)來實現(xiàn)這一點，一直非常困難。
斯其苗團隊認為，答案可能藏在一個叫做量子臨界點的概念中。這是材料處于兩種量子相之間的階段，此時材料對變化極其敏感。
斯其苗說：“按照這一理論，通過將物質(zhì)置于微小的鏡面腔內(nèi)，并把它推向所謂的量子臨界點，我們就可以引入光子，從而誘導(dǎo)出量子糾纏?！?/p>
研究人員無需加熱就能將材料推向這一狀態(tài)，而是可以通過施加壓力或略微改變材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。隨著材料越來越接近量子臨界點，產(chǎn)生糾纏所需的門檻會急劇下降。
這樣一來，光子和物質(zhì)就更容易鎖定在同一個量子態(tài)中。研究生王一鳴解釋說，這時材料實質(zhì)上處于兩種不同的量子相之間，只有在臨界點，它才能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙唷?/p>
光隨物變
一旦糾纏形成，這個理論就變得更具實用價值。據(jù)研究人員稱，光和材料會開始反映彼此的行為。如果材料發(fā)生量子相變，光子也會跟著改變。
合著者舒維克·蘇爾說：“如果在與光糾纏的狀態(tài)下，材料進入量子臨界點并轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙啵庖矔S之轉(zhuǎn)變?！?/p>
這種關(guān)聯(lián)可以為物理學(xué)家研究量子材料提供一種更簡單的方法。科學(xué)家可以利用現(xiàn)有的實驗工具，同時觀察材料和離開腔體的光。
這項工作也建立在斯其苗團隊此前關(guān)于奇異金屬的研究基礎(chǔ)上。奇異金屬是一類以強糾纏效應(yīng)著稱的量子材料，長期以來，研究人員一直認為這類材料有希望用于先進的量子器件，但提取其中的糾纏始終是一大挑戰(zhàn)。
這項新提議給出了一個可能的解決方案。一旦光子與材料發(fā)生糾纏，研究人員就可以將光從腔體中取出并直接進行研究。
團隊相信，這種方法最終能夠支持高靈敏度量子傳感器等下一代技術(shù)。理論仍需實驗驗證，但即便如此，這項研究也為物理學(xué)家指明了一條更清晰的道路，有望在更大、更實用的系統(tǒng)中控制量子糾纏。
該研究發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。
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