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在量子物理的诸多奇异现象中，纠缠或许是其中最不可思议的。它描述的是两个相距甚远的物体，以一种藐视经典物理、违背现实常识的方式交织在一起：如果你在一个地方对其中一个物体进行观察，另一个物体哪怕在光年之外也能立刻改变自身的属性，这二者之间仿佛是通过了某种神秘渠道得以紧密相连。1935年，爱因斯坦表达了他对这个概念的怀疑，并将其称之为“鬼魅般的超距作用”。 ○纠缠的粒子。| 图片来源：Astronomy Magazine 现如今，纠缠被认为是量子力学的基石，也是许多潜在量子技术的关键之所在。但是，量子纠缠非常的脆弱。之前，科学家只在光子或原子等微观系统中观测到过这一现象。若想要在更大尺度的物体上展示纠缠现象，还存在一些挑战。 大小很重要 在开始谈论这些问题之前，我们需要更多地介绍一点量子物理。量子物理学通常被定义为“极小”的物理学，它的研究对象往往是原子、电子和光子等微小粒子。在量子物理学中，物体的大小真的很重要吗？委婉地说——算是吧。但事实上，在量子力学的表述中并没有任何内容规定了它只能适用于非常小的物体。 决定一个物体在运行时会遵循量子物理学中奇怪的规则，还是经典物理学中熟悉的定律，究竟靠的是什么？其实，若要观测到物体的量子行为，需要有两个前提条件。 第一个条件是孤立。外在的世界充斥着来自其他物质和辐射的干扰。如果能找到一种方式将物体与外界隔开，它就能根据量子力学的简单规则进行演化。一个无法将自己与干扰隔绝开的物体，很难获得量子力学的那些丰富特性，它的运动也只能遵循我们熟悉的经典物理学定律。 第二个要素是频率，即一个受限物体振动的频率。量子行为的出现通常要求与物体有关的能量（跟物体振动频率有关）超过与物体环境相关的能量（跟物体温度有关）。 对于第一个条件来说，即使一个物体已经很好地与其环境分隔，但仍然难以做到绝对的孤立。就拿光来说，光子会与其他光子之间发生弱相互作用，所以如果我们考虑光在接近真空的环境中传播，那么就能算得上一个很好的孤立系统。也就满足了第一个条件。 频率又会有怎样的影响呢？与可见光相关的电场和磁场能以每秒6×1014次左右的频率振动。在这种情况下，光子的能量远远超过了环境中可能存在的热能量。因此，极小的物体更有可能获取观测量子现象所需的条件。 尺度增大的实验物 如果不再停留在微观粒子尺度，而是上调至宏观物体，我们还能观测到物体表现出的量子行为吗？答案是肯定的——在最近的一项新研究中，科学家就成功的在几乎肉眼可见的设备中观测到了纠缠现象。 在4月25日《自然》杂志刊登的一篇论文中，芬兰阿尔托大学的 Mika Sillanpää 教授领导的研究小组已经证明，大质量物体间的纠缠是可被生成并检测的。 ○实验中使用的两个15微米宽的由金属铝制成的“鼓面”。它们以高超声频率振动，是迄今为止表现出量子纠缠的最大物体。| 图片来源：Aalto University/Petja Hyttinen & Olli Hanhirova, ARKH Architects. 在实验中，研究人员设置了两个由金属铝制成的微型振动圆形薄膜，它们就如同两个鼓面一样，每个含有约1012个原子。两个振动的鼓面通过超导电路而进行相互作用，电路中的电磁场会吸收环境中的所有热干扰，只留下量子机械振动，从而将鼓面的运动转变为纠缠的量子态。与原子尺度相比，实验中用到的鼓面是真正意义上巨大且宏观的：它们的直径约为15微米，与人类头发丝的粗细相当。 ○创建和检测运动纠缠：（上）通过电磁腔耦合的两个振动镜鼓面；（下）由超导传输线谐振器组成的微波光学机械装置，两端有箭头标示的为两个振动的鼓面。| 图片来源：[1] |
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