「量子互動」 研究員聽到兩個原子在「對話」

對單個鈦原子施加電脈衝的藝術假想圖。（TU Delft/Scixel）

【大紀元2021年06月01日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）5月28日發表於《科學》（Science）的一份研究稱，捕捉到兩個原子進行量子信息傳遞的過程。這對了解各種材料內部大量微觀粒子之間如何相互作用，從而展現例如超導這樣神奇的特性，或是量子比特如何存儲信息等這些前沿的領域，都起到重要作用。

這裡所說的兩個原子間使用的語言就是指各自的自旋特性，對話就是研究人員觀察到兩個原子如何成功地傳遞自旋信息。

研究負責人荷蘭代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）的奧特（Sander Otte）說：「每個原子的自旋使得它們自己產生一個小的磁場。不同原子之間的自旋特性會互相影響，就像兩個指南針靠近的時候所發生的情形。但是根據量子力學規律，每個原子的自旋可以同時有不同的方向，也就是處於一種疊加態。這意味著，（兩個原子靠近的時候）不同的原子之間實現了量子信息傳遞，就像在對話一樣。」

研究人員把兩個鈦原子置於掃描隧道顯微鏡下進行觀察。兩個原子之間相隔僅百萬分之一毫米的距離。

以前的研究使用自旋共振改變原子的自旋方向。這份新研究認為這種方法太慢，看不到想要的效果。「一個原子的自旋還沒發生改變，另一個已經跟進了。」主要研究員之一維爾德曼（Lukas Veldman）說，「用這種方法，永遠看不到把兩種相反的自旋方向放在一起將產生的效果。」

這份研究改為使用向其中一個原子施加電擊的方法快速逆轉它的自旋方向，結果意外地產生量子互動的效果。

「我們本來以為在這個過程中，精細的量子信息會被外來的電子干擾而失去量子相關性。」奧特說，結果卻顯示，這些隨機的電子啓動了相關的疊加態，並與另一個原子交換了信息。

合作研究員特恩斯（Markus Ternes）說：「電子逆轉了其中一個原子的自旋方向。但是從兩個原子形成的整體系統來看，結果非同尋常。這兩個原子形成完美的疊加態，並可以互換信息。產生這個效果的關鍵在於，兩個原子形成量子糾纏狀態。」

研究者考慮，這份研究觀測的只是兩個原子之間的對話，下一步可以研究更多原子之間如何進行群組對話。

「這裡我們用到兩個原子，如果是三個？十個或是幾千個？沒人可以預測到情況是怎樣，這超出了現在即使是最強的電腦有能力處理的範圍。也許將來有一天我們能夠聽到人們從未聽過的量子群組對話。」

責任編輯：葉紫微