导语：原子和粒子的量子世界非常奇异，无论是量子隧穿跨越势垒，还是其同一时刻呈现的两态性，都无时无刻不在凸显着这一点。然而量子力学的奇特属性并不是科学家们的无端臆测——它们是经过实验反复观察后确定的真实结果。而且最新的科学实验又在这一神奇的领域取得突破！
量子力学最具标志性的特征之一就是“量子纠缠”——这就是无论彼此距离多远的粒子之间总会有的一种神秘连接。
现在，科学家已经不仅仅满足于研究一对粒子的纠缠了。近日，三个独立的欧洲研究小组已经成功分离出了包含数千个原子的量子云。而且，他们还找到了一种发掘其技术潜力、开发实际应用的方法。
当粒子纠缠在一起时，即使它们之间相隔得很远，也能以一种相互依赖的方式共享属性。因此，爱因斯坦把纠缠称为“大自然的鬼斧神工”，因为纠缠对其中的一个粒子瞬间影响到它的“双胞胎”粒子——无论距离有多远。
虽然纠缠听起来像是天方夜谭，但其实早在多年前它就已经被实验证明了。
纠缠在实际应用方面具有很大的潜力——以这种方式连接的粒子可以快速转换量子态；它们还可以帮助将大量信息存储在给定的容量中（即超密集编码）。
除了在存储容量发方面的贡献之外，纠缠还可以帮助链接、结合全球不同地区的系统的计算能力。
另一个有前途的方向是真正安全通信。这是因为任何意图干涉含有纠缠粒子的系统的尝试都会立即破坏纠缠，使得信息立刻改写，这就确保了信息不会泄露。
此外，纠缠光子也可以用来提高成像技术的分辨率。滑铁卢大学的研究人员目前正希望凭借此技术开发一种能够检测隐形飞机的量子雷达。
然而，想要开发基于纠缠技术是很困难的。这是因为纠缠是一个非常脆弱、易逝的现象。纠缠实验通常只会产生单个粒子对。然而，单个粒子难以准确检测，并且它们还经常会在背景噪声的干扰下丢失或模糊。
因此，想要在纠缠状态下制造它们，以所需的方式操纵它们，成功使用它们，无比艰巨。
大规模量子云实验取得成功
以下就是这项在《科学》杂志上都发表了三篇论文的新研究取得的重大突破——分解量子云。
研究人员并没有采用单个颗粒、一次缠住一颗颗粒的方法，而是选择用一种由数千个原子组成的超冷气体来进行试验。它们被冷却到了近乎绝对零度。这样，当被限制在一个小体积中时，这一小片量子云中的原子就变得难以区分，形成一种称为玻色 - 爱因斯坦凝聚体的新物质状态。
图| 计算机模拟的玻色 - 爱因斯坦凝聚体
这个量子云中的原子是以集体形式呈现的——它们已经纠缠在了一起。其实早在1995年，就有科学家首次发现了这种物质状态，并于2001年获得了诺贝尔物理学奖。尽管这之后人们已经知道数千个原子可以同时纠缠绕，但是在这项研究之前还没有人能实际证明这一现象。
主持这项新研究的研究人员告诉记者说，他们还可以将这些云分成几组，并保持原子内部的量子联系。他们是通过从有限空间释放原子，使用激光将其分开，并测量云的扩展部分属性来实现这一点的。
他们推测，这种新开发的方法将来可以扩展到允许独立使用云中的每个原子——如果真的能做到这一点，那么量子计算的效益将达到一个前所未有的高度。
在数字计算中，信息被处理为1和0，即二进制数字（或位）。量子计算中的类似术语称为量子比特。
当前在离子（带电原子）的纠缠态中生成量子比特的最高记录仅为20，因此本次研究中，在量子云中同时生成数千个量子比特将是一个巨大的进步。
另一个将从这一突破中受益的领域是计量学，即超精密测量的科学。当两个粒子或系统之间建立纠缠时，其一半的测量值会用来显示另一个粒子的信息。这就能允许使用者以更高的灵敏度来测量参数。例如，以这种方式使用纠缠可以提高原子钟的精度，并且可以提高全球定位系统（GPS）的精度。
