一项新实验通过将量子信息编码于原子的运动状态中，创造出一种称为超纠缠态的特殊量子态。在这种纠缠结构中，两个或多个量子特性在一对原子之间形成了多重关联。
量子技术研究领域长期面临一个棘手问题——原子的自然热振动会干扰系统控制。在最新发表于《科学》期刊的研究中，团队创新性地将这种原子运动转化为量子信息载体。
"我们证明原子运动这种传统意义上的噪声源，可以转化为量子系统的优势资源。"共同第一作者Adam Shaw博士（前加州理工学院博士生，现任斯坦福大学博士后）与Pascal Scholl、Ran Finkelstein共同完成了这项突破。该团队开发的新型冷却技术采用"热运动激发的实时检测与主动修正"方案，负责人Manuel Endres教授将其类比麦克斯韦妖思想实验——通过测量每个原子的运动状态并实施针对性操控，实现了超越传统激光冷却的原子制动效果，使原子振动幅度降至接近静止。
实验核心突破在于实现了中性原子的超纠缠态。常规量子纠缠仅关联粒子对的自旋等单一属性，而超纠缠态同时关联两个独立属性。研究团队通过光镊阵列囚禁碱土金属原子，将其冷却至100纳米振幅的量子振荡态（相当于人类头发直径的千分之一）。这些原子在叠加态下表现出类似"双亲推动的量子秋千"特性——同时进行两种不同模式的振荡。
关键技术突破包括：
- 新型运动态冷却：通过实时监测和反馈调控，实现原子振动幅度的亚纳米级控制
- 运动态叠加操控：激发原子进入双模式量子振荡，构建空间维度的叠加态
- 超纠缠态制备：将原子对的振动模式与电子能态进行双重关联，实现每个原子承载更多量子信息
这项成果开创了中性原子系统超纠缠操控的先河，相比光子平台具有更好的可扩展性。通过将原子的外部运动自由度与传统电子态结合，研究团队构建了多维量子操控平台，为量子计算、精密测量和复杂量子模拟提供了新范式。Endres教授强调："运动态将成为量子技术的战略性资源，这种多维编码方式显著提升了单位原子的信息承载能力。"