肉眼也能观察量子缠绕态...?

唐唐

研究人员通过将两个大到肉眼能够观察的超导体的电流联系起来，拓展了可以观察到的量子效应的范围。超导体中上亿个流动的电子可以共同表现出一种奇怪的量子特性，即缠绕态，通常仅限于微小粒子范围。
“这是一项令人兴奋的成果，人们对拓宽量子力学的界限非常感兴趣。”耶鲁大学物理学家Steven Girvin 评论道。
缠绕态是量子力学（得到）的最奇特的结果之一。在以一种特定方式相互作用后，物体便神秘地相互连结起来，或者说缠绕起来，因此在一个物体上所发生的（情况）似乎会影响到另一个物体的状态（fate）。研究人员在绝大多数情况下，仅发现了微小粒子间有缠绕态的迹象，比如离子、原子、光子。
来自圣巴巴拉加利福尼亚大学的John Martinis 以及他的同事在两个超导体之间寻找缠绕态，每个超导体跨度小于1微米。这些铝制超导电路，相隔几毫米，被安装在一个电子芯片上。在低温情况下，超导体中电子将会共同流动，不受电阻约束。
尽管每个超导体的尺寸相对较大，但是其中的电子以一种自然而又一致的方式共同移动。Girvin 表示：“可以说能够活动的部分的确很少。”而这些部分能够帮助科学家们辨认出缠绕态（存在）的证据。“一般来说，物体越大，其行为越符合经典力学，也就越难看到量子力学效应。”
在这项新型研究中，研究人员使用微波脉冲，尝试对两个超导体中电流进行缠绕。Martinis说，如果两电流在量子力学方面有联系，在测量时（赋0值），其中一个电流会顺时针流动，而另一个将会沿逆时针转动（赋1值）。另一方面，如果日常生活中的经典力学起作用的话，电流方向将会彼此完全独立。
在尝试缠绕超导电流之后，Martini和她的小组测量了电流方向，共3410万次。该小组发现，当一种电流顺时针流动时（测出0值），另一种电流非常可能逆时针流动（测出1值）。因此两者之间的联系只能用量子力学解释。
Martinis表示，“只有在这种离奇的量子态中，你才能看到我们测出的那些特殊的可能情况。”那些不同事物的比率是不能用从经典（力学）预计的。
  
发现超导体间的缠绕态是“一个十分重要的里程碑”，伊利诺伊大学的Anthony Leggett如是评论道。这项新研究”似乎更像是模糊地证明了缠扰态。“此类缠绕的超导体可用作功能强大的量子计算机的部件。”人们对建造量子计算机的可能性十分感兴趣“，而且上述这种类型的系统可能会有利于量子计算机的建造。Martinis表示用于构建先进电路的科技可能也会用于构建量子电路。
  
”希望在于，既然我们知道如何以复杂的方式将集成电路安在一起，那么我们也许能够用同样的方式制造出非常复杂的量子电路。“
尽管他也提醒到，（制造出）性能优良的量子计算机还有很长的路要走。研究人员仍需找到能够使缠绕的超导电路维持更久的方法。而且一台性能优良的量子计算机需要的不只是两个电路。Martinis表示，接下来他和他的小组会尝试将三到四个此类电路进行缠绕。这项新研究结果除了使科技进步以外，还引发了关于如何界定量子力学与管控着宏观现象的日常物理的讨论。研究人员想知道量子究竟有多离奇。
  “在宏观尺度检验量子力学很有趣，” Girvin 说，“物体在宏观尺度表现出经典特性，难道是因为量子力学出了什么问题吗？我个人认为这是错误的，但是没人会知道。”