科学家让纳米颗粒跳舞以解开量子极限

经典物理学和量子物理学之间的边界在哪里的问题是现代科学研究中持续时间最长的追求之一，在今天发表的新研究中，科学家们展示了一个新颖的平台，可以帮助我们找到答案

量子物理定律控制着粒子在微小尺度上的行为，导致了量子纠缠等现象，纠缠粒子的性质以经典物理学无法解释的方式变得密不可分

量子物理学的研究有助于我们填补物理学知识的空白，并能让我们更完整地了解现实，但量子系统运行的微小尺度会使它们难以观察和研究

在过去的一个世纪里，物理学家成功地观察到了越来越大的物体中的量子现象，从电子等亚原子粒子到含有数千个原子的分子

最近，悬浮光学力学领域致力于控制真空中的高质量微米级物体，旨在通过测试比原子和分子重几个数量级的物体中量子现象的有效性，进一步推动这一领域的发展。然而，随着物体质量和尺寸的增加，导致纠缠等微妙量子特征的相互作用会消失在环境中，从而导致我们观察到的经典行为

但现在，由曼彻斯特大学量子工程实验室负责人Jayadev Vijayan博士与苏黎世联邦理工学院的科学家和因斯布鲁克大学的理论家共同领导的团队，在苏黎世联邦理学院进行的一项实验中，建立了一种克服这一问题的新方法，该实验发表在《自然物理学》杂志上

Vijayan博士说：“要在更大范围内观察量子现象并揭示经典量子跃迁，量子特征需要在环境噪声存在的情况下保持。正如你所能想象的，有两种方法可以做到这一点；一种是抑制噪声，另一种是增强量子特征。

”我们的研究展示了一种通过采取第二种方法来应对挑战的方法。我们表明，两个光学捕获的0.1微米玻璃颗粒之间纠缠所需的相互作用可以放大几个数量级，以克服对环境的损失。“

科学家们将粒子放置在两个高反射镜之间，这两个反射镜形成了一个光学腔。这样，每个粒子散射的光子在离开腔之前在反射镜之间反弹数千次，导致与另一个粒子相互作用的机会明显更高。

苏黎世联邦理工学院论文的共同负责人Johannes Piotrowski补充道，”值得注意的是，由于光学相互作用是由空腔介导的，它的强度不会随着距离的推移而衰减，这意味着我们可以将微米级的粒子耦合到几毫米以上。“

研究人员还展示了通过改变激光频率和粒子在腔内的位置来精细调整或控制相互作用强度的非凡能力。

这些发现代表着理解基本物理的重大飞跃，但也有希望在实际应用中，特别是在可用于的环境监测和离线导航

维也纳技术大学的合作者Carlos Gonzalez Ballestero博士说， “悬浮式机械传感器的关键优势在于其相对于其他使用传感的量子系统的高质量。高质量使其非常适合检测重力和加速度，从而提高灵敏度。因此，量子传感器可以用于各个领域的许多不同应用，如监测极地冰以进行气候研究和测量加速度用于航行目的的口粮。“

Piotrowski补充道，”在这个相对较新的平台上工作并测试我们能将其推向量子领域多远，这是令人兴奋的。“

现在，研究团队将把新功能与成熟的量子冷却技术相结合，朝着验证量子纠缠迈出一步。如果成功，实现悬浮的纳米和微米粒子的纠缠可以缩小量子世界与日常经典力学之间的差距。

在光子科学研究所和电气系Jayadev Vijayan博士的团队将继续研究悬浮光学力学，利用多个纳米颗粒之间的相互作用应用于量子传感