研究人员已经证明，量子纠缠可以跨越空间连接原子，从而提高测量精度。通过将纠缠原子群分裂成独立的云团，他们能够比以前更精确地测量电磁场。这项技术利用了量子连接在远距离作用的特点，有望改进原子钟和重力传感器等工具。
纠缠常被描述为量子物理学中最神秘的现象之一。当两个量子物体发生纠缠时，对它们进行的测量即使相隔很远也能保持紧密关联。这种意想不到的统计关联在经典物理学中无法解释。这种现象看起来就像是测量一个物体以某种方式影响了远处的另一个物体。这一被称为爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论的现象已通过实验得到证实，并获得了2022年诺贝尔物理学奖。
利用远距离纠缠进行精密测量
在此基础之上，由巴塞尔大学Philipp Treutlein教授博士和巴黎卡斯特勒-布罗塞尔实验室Alice Sinatra教授博士领导的一个团队证明了，在空间上分离的量子物体之间的纠缠可以服务于实际目的。他们的研究表明，空间分离但纠缠的系统可用于同时测量多个物理参数，且精度更高。该研究的结果最近发表在《科学》杂志上。
Treutlein表示："量子计量学是利用量子效应改进物理量测量的学科，如今已是一个成熟的研究领域。"大约十五年前，他和他的合作者们首次实现了极冷原子自旋的纠缠。这些自旋（可以想象成微小的指南针）的测量精度，比每个原子在没有纠缠的情况下独立行为时要高。
"然而，那些原子都位于同一位置，"Treutlein解释说："我们现在扩展了这一概念，将原子分布到最多三个空间分离的云团中。结果，纠缠效应在距离上起作用，就像在EPR悖论中一样。"
利用纠缠原子云绘制场分布图
这种方法对于研究随空间变化的量特别有用。例如，对测量电磁场如何随位置变化感兴趣的研究人员可以使用物理上分离的纠缠原子自旋。与在单个位置进行的测量一样，纠缠可以减少由量子效应引起的不确定性。它还可以抵消那些以相同方式影响所有原子的干扰。
在Treutlein小组从事该实验的博士后Yifan Li说："到目前为止，还没有人用空间分离的纠缠原子云进行过这种量子测量，而且这种测量的理论框架也尚不明确。"该团队与LKB的同事一起，研究了在使用纠缠云团测量电磁场空间结构时如何最大限度地减少不确定性。
为此，研究人员首先纠缠单个云团内的原子自旋。然后，他们将那个云团分成三个部分，这些部分彼此之间保持纠缠。仅通过少量测量，他们就能够以远高于没有空间纠缠时所能达到的精度来确定场的分布。
在原子钟和重力仪中的应用
巴塞尔小组的博士生Lex Joosten说："我们的测量协议可以直接应用于现有精密仪器，例如光学晶格钟。"在这些时钟中，原子被晶格排列的激光束固定住，充当极其精确的"时钟机构"。新方法可以减少由原子在晶格中分布方式引起的特定误差，从而提高计时精度。
同样的策略也可以改进用于测量地球重力加速度的原子干涉仪。在称为重力仪的某些应用中，科学家关注的是重力如何在空间中变化。使用纠缠原子可以比以前更精确地测量这些变化。