意想不到的量子態！控制量子揭示了量子如何相互作用的細節！

「本文來源：科普中國」

【手機軟體：博科園】在日常生活中，宏觀物質的行為方式是可預測可預期的，如果你扔一個球，你假設它會朝某個方向移動，並有一個可預測相互作用力。更重要的是，施加在一個物體上的力，不會對另一個獨立的物體產生影響。但在量子力學中，卻是完全不同的，在單量子粒子、雙粒子和三粒子系統中，發生在這個地方的行為，可以強烈地影響遠處的另一個量子粒子。

科學家們還沒有完全須最瞭解這一點，但透過分析這些系統和更復雜系統的行為，科學家呢麼希望能找到破譯這些奇特現象的奧秘。沖繩科技研究生院（OIST）量子系統部的研究人員與都柏林大學學院和達勒姆大他社突學合作者一起，模擬了其中一個系統，揭示了量子態是意想不到的（粒子在孤立系統中的排列方式）夜膊鍾。其研究結果發表在《新物理學》期刊上，可以應用於量子技術。

研究小組的負責人托馬斯·布希教授解釋說：如果你把一塊石頭扔出船，由於動量守恆，石頭朝這邊扔，船就會在相反的另一邊受到反作用力。在量子力學中，可以在更遠的距離上有更強的關聯性。這就好比如果你穿上一隻紅色襪子和一隻綠色襪子，那麼你從未見過的南極洲人也會這樣做，其研究發現了具有這些非常強關聯性的新狀態，而且這些關聯性可以很好地控制。

用兩個原子做實驗

當科學家研究宏觀系統時，他們傾向於觀察許多粒子（比如說1023個）。因為有太多的原子，不可能追隨每一個原子，必須做出假設。為了避免這種情況，這項研究中的研究人員使用了另一種選擇。第一作者Ayaka Usui說：我們模擬了一個只有兩個原子的系統。這為更大的系統提供了一個基石，但研究人員可以控制，準確地看到正在發生的事情，而且，為了進一步控制這個系統，還考慮了超冷原子。

在室溫下，粒子移動得非常快，天氣越熱，它們移動的速度就越快。透過使用鐳射冷卻，這些原子可以被減速和冷卻，直到它們達到幾乎為零的速度，從而處於超冷狀態，這使得研究人員更容易在模擬中描述它們。在這樣的系統中，粒子能做的最簡單事情就是相互碰撞，這迫使它們四處移動並改變方向，但粒子有一種叫做自旋的東西。粒子的自旋向上或向下指向，並進一步影響它的運動方式（即一種稱為自旋）軌道耦合的效應。

當研究人員模擬具有兩個自旋-軌道耦合的超冷原子系統時，這些新狀態及其非常強的相關性被揭示出來。研究團隊的博士後學者托馬斯·福格蒂（Thomás Fogarty）博士說：系統有兩個粒子，在那裡會得到這些狀態，而在1023個粒子的系統中，不會得到這些狀態。沿著這一長串新增粒子的某個地方，這些新的狀態就消失了。除了新的狀態，研究還發現了準確描述這個系統的公式，所以現在，研究人員可以設計它了。

工程學上的進一步見解

透過找到這些公式，研究人員可以控制系統，現在研究人員計劃改變引數來觀察系統的動態。可以使用強關聯來幫助測量系統，如果在其中一個系統中發現一個原子，就知道另一個原子也在那個系統中，而不需要測量它，因為它們是緊密相關的。雖然這項研究只集中在量子力學能做的一小方面，但它有很多應用。量子技術需要這些關聯，這些新狀態具有已知的最強非經典相關性，從而可以設計它們。

有了這項研究，可以建造更強大的計算機，可以創造出測量大腦中重力或電脈衝微小差異的測量裝置，有如此多的應用，還需要更加努力的去研究。

博科園｜研究/來自：沖繩科學技術大學院大學

研究發表期刊《新物理學》

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