量子糾纏傳感取得重大進展

問題提出：如何突破傳統測量的精度極限？

在科學研究的眾多領域中，精密測量是推動進步的關鍵基石。無論是原子鐘對時間的極致把控，還是重力計對地球引力細微變化的捕捉，測量精度的每一次提升都可能帶來技術革命。然而，傳統測量方法面臨一個根本性的瓶頸——量子效應本身所帶來的不確定性，似乎為精度設定了不可逾越的上限。如何打破這一極限？巴塞爾大學和卡斯特勒·布羅塞爾實驗室的研究團隊給出了一份令人振奮的答案。

深入分析：量子糾纏的超距傳感

量子糾纏被譽為量子物理中最神秘的現象之一。當兩個量子對象被糾纏在一起時，即使它們相隔很遠，對其中一個的測量仍與另一個保持緊密關聯。這種超越經典物理的統計聯系，即著名的EPR悖論，已被實驗證實并獲得了2022年諾貝爾物理學獎。

由菲利普·特魯特萊恩（Philipp Treutlein）教授領導的巴塞爾團隊和愛麗絲·辛納特（Alice Sinatra）教授領導的巴黎LKB團隊，將糾纏從理論好奇推向了實際應用。他們首次展示了空間分離的糾纏原子云可以作為一個統一的傳感器，同時測量多個物理參數，精度超越傳統方法。

特魯特萊恩說：量子計量學利用量子效應來改善物理量的測量，如今已是一個成熟的研究領域。大約十五年前，他和合作者率先實現了極冷原子自旋的糾纏——這些自旋可以想象為微型指南針，糾纏后比各自獨立時測量更精確。但那些原子都位于同一位置。特魯特萊恩解釋道：我們現在將這一概念擴展到把原子分布到最多三個空間分離的云中。結果是，糾纏效應在遠處發揮作用，正如EPR悖論所描述的那樣。

博士后李一凡（Yifan Li）指出：迄今為止，還沒有人用空間分離的糾纏原子云進行過這樣的量子測量，其理論框架也尚不清晰。團隊首先在單一云中糾纏原子自旋，然后將云分為三部分，它們保持糾纏。僅需少量測量，就能以明顯高于無糾纏時的精度確定電磁場的空間分布。這種方法尤其適用于研究隨空間變化的物理量，例如研究人員感興趣的電磁場如何從一處到另一處發生變化。如同在單一位置進行測量一樣，糾纏可以減少由量子效應產生的不確定性，同時還能消除對所有原子產生相同影響的干擾。

解決方案：從原子鐘到重力計的應用前景

巴塞爾團隊的博士生萊克斯·約斯滕（Lex Joosten）說：我們的測量協議可以直接應用于現有的精密儀器，如光學晶格鐘。在這些原子鐘中，激光束將原子固定在晶格中充當極其精確的時鐘機構。新方法可以減少因原子在晶格中的分布方式而產生的特定誤差，從而實現更精準的計時。

同樣的策略還可以改善原子干涉儀——用于測量地球重力加速度的設備。在某些應用中，科學家關注重力如何在空間中變化。使用糾纏原子可以使這些變化的測量精度達到前所未有的水平。這項研究成果已發表在《科學》期刊上，為精密測量領域開辟了全新的可能性。在這些被稱為重力計的應用中，科學家可以聚焦于重力如何在空間中變化，從而更精確地探測地下結構或監測地質活動。

原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/01/260126075842.htm