量子耗散是指在量子開系統(tǒng)中，物體與環(huán)境發(fā)生能量交換或信息交流，導(dǎo)致相干性退失，因此，兩個物體要發(fā)生糾纏，一般要讓它們和外界環(huán)境的相互作用盡可能地小。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，丹麥歌本哈根大學(xué)物理學(xué)家通過實驗證明，量子耗散能在兩個宏觀物體之間形成持續(xù)穩(wěn)定的量子糾纏，該發(fā)現(xiàn)為制造量子糾纏提供了一種全新的方法。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《物理評論快報》上。

      哥本哈根大學(xué)尼爾斯?波爾研究院的尤金?波里克教授和同事多年來一直在研究各種量子糾纏。他們曾經(jīng)預(yù)測，耗散在兩個系統(tǒng)中很常見，且能驅(qū)使它們形成糾纏狀態(tài)。在最新實驗中，他們結(jié)合了耗散機制和持續(xù)測量方法，讓含有1萬億個銫原子的兩團銫氣體在室溫下保持穩(wěn)定糾纏達(dá)1個小時。

      實驗中，研究人員將兩團銫放入兩個2.2立方厘米的容器中，容器置于真空極化磁場中，相距0.5米。通過控制磁場并用激光作為“光泵”來吸取原子，在兩團原子的整體系統(tǒng)中形成了耗散。“此前的研究中，耗散是每團原子獨立發(fā)生的過程。而我們的研究把耗散設(shè)計成兩團原子系統(tǒng)共同的過程。”波里克說。

      波里克解釋說：“產(chǎn)生量子疊加和糾纏的共同特征是，系統(tǒng)的最終狀態(tài)具有不確定性，有兩個或更多結(jié)果，無法判斷它們倒向何種結(jié)果。在我們?yōu)閮蓤F原子系統(tǒng)設(shè)計的耗散環(huán)境下，也無法確定導(dǎo)致耗散的光子是從哪一團原子發(fā)射出來的。這種兩個系統(tǒng)的量子相干有兩個耗散路徑，是形成糾纏的關(guān)鍵因素。”

      在以前的實驗中，他們曾讓一種半穩(wěn)定的糾纏狀態(tài)持續(xù)了0.015秒，加上“光泵”以后，雖然這一過程是非連續(xù)的，但卻能將糾纏時間延長0.04秒。最后，他們將持續(xù)測量結(jié)果和耗散過程結(jié)合在一起，在室溫下能生成穩(wěn)定的糾纏狀態(tài)達(dá)1個小時。

      “這種糾纏狀態(tài)隨時都能產(chǎn)生，對一些需要用到復(fù)雜糾纏的網(wǎng)絡(luò)而言，比以相干為基礎(chǔ)的方法更有優(yōu)勢。”波里克說，“從理論上來說，耗散產(chǎn)生的糾纏能存在任意長時間，也不需要給系統(tǒng)準(zhǔn)備一個特殊的輸入狀態(tài)。這種方法使形成遠(yuǎn)距離、高穩(wěn)定的糾纏狀態(tài)成為可能，在量子信息協(xié)議中更有優(yōu)勢。”

      此外，利用耗散而不是相干來產(chǎn)生量子糾纏，代表了該領(lǐng)域一個觀念上的變化。波里克說：“我們第一次證明了純粹的耗散糾纏，這在量子信息處理和其他領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用價值。更重要的是我們邁出了第一步，證明了如何通過耗散來生成糾纏，能幫助更多科學(xué)家利用耗散機制來研究量子計算和量子通訊。”