机械与自旋系统之间纠缠的实验演示

量子纠缠是包括量子通信，量子感测和量子计算工具在内的各种量子系统功能的基础现象。这种现象是由粒子之间的相互作用(即纠缠)引起的。然而，迄今为止，证明远处的物体与非常不同的物体之间的纠缠非常具有挑战性。

哥本哈根大学的研究人员最近在机械振荡器和集体原子自旋振荡器之间产生了纠缠。他们的工作在《自然物理学》上发表的一篇论文中概述，介绍了一种在这两个不同系统之间产生纠缠的策略。

尤金·S说：“大约十年前，我们提出了一种通过光子在机械振荡器和自旋振荡器之间产生纠缠的方法，该原理后来被称为'无量子力学的子空间'或'无量子不确定性的轨迹'。”波尔齐克(Polzik)，他领导进行这项研究的小组。“在我们的新论文中，我们报告了这些建议的实验性实施。”

为了在机械系统和自旋系统之间产生纠缠，Polzik及其同事利用了自旋振荡器的一个关键特征，即它们可以具有有效的负质量。当它被激发时，自旋振荡器的能量降低，这使其可以与质量为正的更传统的机械振荡器纠缠在一起。研究人员通过对两个振荡器进行联合测量，实验性地产生了这种纠缠。

Polzik说：“机械系统和自旋系统之间的纠缠是通过使光通过两个系统，即正质量的机械振荡器和具有有效负质量的自旋振荡器，来产生的。” “对透射光进行测量，将两个系统投影到一个纠缠状态。随后的重复测量通过显示两个系统的量子涨落之间具有很强的相关性，从而验证了该纠缠。”

Polzik和他的同事进行的实验表明，至少在原理上，机械运动可以通过识别和应用合适的参考系以任意精度进行测量。这些测量克服了从海森堡不确定性原理得出的所谓“标准测量量子极限”，该标准适用于标准经典参考系中的测量。

“不确定性原理的本质是测量的不精确性与测量引起的干扰(量子反作用)之间的平衡，” Polzik说。“在负质量参考系中进行测量时，施加在对象和参考系上的反作用干扰会分散干扰并抵消，因此可能导致无限的测量精度。”

这个研究小组是第一个通过实验证明机械系统和旋转系统之间发生纠缠的人。将来，他们的工作将有助于基于不同类型振荡器之间的纠缠的新量子技术和协议的发展。在接下来的研究中，Polzik和他的同事计划评估他们进行量子隐形传态的方法的有效性，并开发其他量子通信工具。

“随着重力波探测器的LIGO和VIRGO团队最近对量子反作用的观察，克服量子反作用限制的方法对于那些极具挑战性的仪器尤为重要，” Polzik说。“我们正在构建一个实验，旨在证明我们的方法在提高重力波探测器灵敏度方面的潜在适用性。”