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从穿越不可逾越的障碍到同时在两个地方，原子和粒子的量子世界是非常奇怪的。然而量子力学的奇特属性并不是数学怪癖 – 它们是 实验室反复观察到的真实效果。
量子力学最具标志性的特征之一就是“纠缠” – 描述那些神秘连接的粒子，无论它们彼此距离多远。现在三个独立的欧洲研究小组设法不仅纠缠在一对粒子上，而且还分离出数千个原子的云层。他们还找到了一种利用其技术潜力的方法。
当粒子纠缠在一起时，它们以一种使它们相互依赖的方式共享属性，即使它们被分开很远的距离。爱因斯坦把着名的纠缠称为“远距离的鬼怪行为”，因为纠缠对中的一个粒子瞬间影响到它的双胞胎 – 无论它有多远。
量子悖论：一只猫可以同时死去而活着吗？ – 图片来源：Robert Couse-Baker / Flickr， CC BY-SA
虽然纠缠可能听起来很古怪，但实验已经能够证明它存在多年。它也有可能非常有用 – 以这种方式连接的粒子可以用来将粒子的量子态（如自旋）从一个位置立即转移到另一个位置（传送）。它们还可以帮助将大量信息存储在给定的卷中（超密集编码）。
除了这种存储容量之外，纠缠还可以帮助链接和结合全球不同地区的系统的计算能力。很容易看出它是如何使其成为量子计算的一个关键方面。另一个有前途的途径是真正安全的通信。这是因为任何干涉涉及纠缠粒子的系统的尝试都会立即破坏纠缠，使得信息显然被篡改。
也可以使用纠缠光子来提高成像技术的分辨率。滑铁卢大学的研究人员目前希望开发一种能够检测隐形飞机的量子雷达。
然而，交付基于纠缠技术的承诺证明是困难的。这是因为纠缠是一个非常脆弱的现象。纠缠实验通常会产生单个粒子对。然而，单个粒子难以准确检测，并且它们经常由于背景噪声而丢失或模糊。因此，在纠缠状态下制造它们，以有用的操作所需的方式操纵它们，最后使用它们的任务往往是艰巨的。
量子云
这是新的研究，发表在科学论文三篇（你可以看到他们在这里， 这里 和这里），取得了显著的突破。研究人员并没有采用单个颗粒，而是一次缠住一颗颗粒，研究人员从超冷气体开始，这种气体是由数千个原子组成的。它们被冷却到绝对零度的头发宽度内，这是可能的最低温度。
计算机模拟显示旋转玻色 – 爱因斯坦凝聚物中的涡旋。- 图片来源：NIST通过维基共享资源
当被限制在一个小体积中时，这样的云中的原子变得难以区分，形成一种称为玻色 – 爱因斯坦凝聚体的新物质状态。云中的原子现在集体表现 – 它们纠缠在一起。科学家们在1995年首次发现了这种物质状态，并于2001年将他们授予了诺贝尔物理学奖。尽管一段时间以来人们已经知道这种方法可以同时缠绕数千个原子，但是迄今为止还没有人证明有实际使用它的技术。
这项新研究背后的研究人员表明，你可以将这些云分成几组，并保持原子内部的量子联系。他们通过从有限空间释放原子，并使用激光将其分开并测量扩展云的远处部分的属性来实现这一点。
研究人员推测，所开发的方法可以扩展到允许独立使用云中的每个原子 – 如果达到了这一点，那么量子计算就会带来巨大的好处。在数字计算中，信息被处理为1位和0位，二进制数字（或位）。量子计算中的这些类似物称为量子比特。当前在离子（带电原子）纠缠态产生量子比特的记录只有20个，因此在这样的云中同时产生数千个量子比特将是一个巨大的进步。
另一个将从这一突破中受益的领域是计量学，即超精密测量的科学。当两个粒子或系统之间建立纠缠时，一半的测量值显示另一个的信息。这允许以比其他方式更高的灵敏度来测量参数。例如，以这种方式使用纠缠可以提高原子钟的精度，并且可以提高全球定位系统（GPS）的精度，或者为MRI机器制造更灵敏的探测器。
理解和利用量子效应，如纠缠，将允许开发具有超越我们今天所拥有的任何能力的新技术。这就是为什么量子技术领域的研究背后有如此多的兴奋以及为什么在这项新研究中取得的进展如此重要。
来源：谈话