量子糾纏是包括量子通信，量子感測和量子計算工具在內(nèi)的各種量子系統(tǒng)功能的基礎現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由粒子之間的相互作用(即糾纏)引起的。然而，迄今為止，證明遠處的物體與非常不同的物體之間的糾纏非常具有挑戰(zhàn)性。

哥本哈根大學的研究人員最近在機械振蕩器和集體原子自旋振蕩器之間產(chǎn)生了糾纏。他們的工作在《自然物理學》上發(fā)表的一篇論文中概述，介紹了一種在這兩個不同系統(tǒng)之間產(chǎn)生糾纏的策略。

尤金·S說：“大約十年前，我們提出了一種通過光子在機械振蕩器和自旋振蕩器之間產(chǎn)生糾纏的方法，該原理后來被稱為'無量子力學的子空間'或'無量子不確定性的軌跡'。”波爾齊克(Polzik)，他領導進行這項研究的小組。“在我們的新論文中，我們報告了這些建議的實驗性實施。”

為了在機械系統(tǒng)和自旋系統(tǒng)之間產(chǎn)生糾纏，Polzik及其同事利用了自旋振蕩器的一個關(guān)鍵特征，即它們可以具有有效的負質(zhì)量。當它被激發(fā)時，自旋振蕩器的能量降低，這使其可以與質(zhì)量為正的更傳統(tǒng)的機械振蕩器糾纏在一起。研究人員通過對兩個振蕩器進行聯(lián)合測量，實驗性地產(chǎn)生了這種糾纏。

Polzik說：“機械系統(tǒng)和自旋系統(tǒng)之間的糾纏是通過使光通過兩個系統(tǒng)，即正質(zhì)量的機械振蕩器和具有有效負質(zhì)量的自旋振蕩器，來產(chǎn)生的。” “對透射光進行測量，將兩個系統(tǒng)投影到一個糾纏狀態(tài)。隨后的重復測量通過顯示兩個系統(tǒng)的量子漲落之間具有很強的相關(guān)性，從而驗證了該糾纏。”

Polzik和他的同事進行的實驗表明，至少在原理上，機械運動可以通過識別和應用合適的參考系以任意精度進行測量。這些測量克服了從海森堡不確定性原理得出的所謂“標準測量量子極限”，該標準適用于標準經(jīng)典參考系中的測量。

“不確定性原理的本質(zhì)是測量的不精確性與測量引起的干擾(量子反作用)之間的平衡，” Polzik說。“在負質(zhì)量參考系中進行測量時，施加在對象和參考系上的反作用干擾會分散干擾并抵消，因此可能導致無限的測量精度。”

這個研究小組是第一個通過實驗證明機械系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)之間發(fā)生糾纏的人。將來，他們的工作將有助于基于不同類型振蕩器之間的糾纏的新量子技術(shù)和協(xié)議的發(fā)展。在接下來的研究中，Polzik和他的同事計劃評估他們進行量子隱形傳態(tài)的方法的有效性，并開發(fā)其他量子通信工具。

“隨著重力波探測器的LIGO和VIRGO團隊最近對量子反作用的觀察，克服量子反作用限制的方法對于那些極具挑戰(zhàn)性的儀器尤為重要，” Polzik說。“我們正在構(gòu)建一個實驗，旨在證明我們的方法在提高重力波探測器靈敏度方面的潛在適用性。”