量子應(yīng)用技術(shù)中的兩大神秘領(lǐng)域最近在休斯敦萊斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中建立起了溝通的橋梁。量子糾纏——量子計(jì)算的關(guān)鍵——量子臨界——高溫超導(dǎo)體的基礎(chǔ)——現(xiàn)已在一場實(shí)驗(yàn)中邂逅彼此。

初步結(jié)果表明，在這兩種不可或缺但之前又無甚交集的技術(shù)背后，存在著一種更接近物理本質(zhì)的東西。那么，我們難以自禁地去想像一個(gè)未來，在這種未來中，可能會發(fā)展出大一統(tǒng)的糾纏/超導(dǎo)理論，把其中一個(gè)領(lǐng)域的突破轉(zhuǎn)化為另一個(gè)領(lǐng)域的革新。

維也納科技大學(xué)的研究人員制造出一種金屬薄膜(鐿、銠和硅元素組成)。然后，萊斯大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開始分析其特性。

他們使其表現(xiàn)出“量子臨界”行為的同時(shí)，又觀察到，其上數(shù)十億電子之間廣泛存在著量子糾纏態(tài)。

“通常制造量子比特，也就一、兩個(gè)；”萊斯大學(xué)量子材料中心主任 Qimiao Si 教授說，“如果弄出十個(gè)，那就是個(gè)很大的數(shù)字了?？偟膩碚f，前景誘人，有如此多的電子陷入糾纏態(tài)，它們有可能成為量子工程的重要資源。”

實(shí)驗(yàn)觀察到的量子臨界狀態(tài)與量子糾纏，是獨(dú)立且截然不同的，這要?dú)w功于金屬薄膜的成分。Si教授表示，他們團(tuán)隊(duì)依據(jù)先前的研究確定了金屬膜具有零凈磁場，但這只是因?yàn)槠渖系碾娮又饌€(gè)對齊，彼此相對。這種“反鐵磁”行為是其量子臨界狀態(tài)的標(biāo)志。

Si和同事將金屬膜冷卻至接近絕對零度，觀察其對一系列太赫茲輻射束的響應(yīng)。盡管只有少于的0.1％射線束引起了反應(yīng)，但研究人員發(fā)現(xiàn)，如果把多個(gè)小時(shí)的觀察結(jié)果整合到一起，就可以拼湊出微弱信號的全貌。

當(dāng)他們在各種溫度和太赫茲頻率下的比較弱信號時(shí)，發(fā)現(xiàn)太赫茲輻射探測到電子之間的整體行為，包括樣品溫度和輻射頻率之間的比例關(guān)系——表明金屬膜中的電子存在量子同步。

量子計(jì)算機(jī)科學(xué)家看到，糾纏不是在數(shù)十個(gè)或幾百個(gè)粒子中產(chǎn)生的，而是在數(shù)百萬或數(shù)十億個(gè)粒子中產(chǎn)生的，它們可能傾向于變態(tài)。另一方面，讓所有的超導(dǎo)研究人員明白，在明顯存在量子糾纏的情況下，也可能引發(fā)量子臨界的條件，他們或許想知道得更多。

“花了很長時(shí)間才證明這種量子臨界性會以一種避無可避的方式涉及量子糾纏?；A(chǔ)研究有可能為高溫超導(dǎo)提供設(shè)計(jì)原理。”

研究發(fā)表在最近一期的《科學(xué)》上。

本文譯自 spectrum，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。