在日常生活中，宏觀物質的行為方式是可預測可預期的，如果你扔一個球，你假設它會朝某個方向移動，并有一個可預測相互作用力。更重要的是，施加在一個物體上的力，不會對另一個獨立的物體產生影響。

但在量子力學中，卻是完全不同的，在單量子粒子、雙粒子和三粒子系統(tǒng)中，發(fā)生在這個地方的行為，可以強烈地影響遠處的另一個量子粒子。

科學家們還沒有完全了解這一點，但通過分析這些系統(tǒng)和更復雜系統(tǒng)的行為，科學家呢么希望能找到破譯這些奇特現象的奧秘。沖繩科技研究生院(OIST)量子系統(tǒng)部的研究人員與都柏林大學學院和達勒姆大學合作者一起，模擬了其中一個系統(tǒng)，揭示了量子態(tài)是意想不到的（粒子在孤立系統(tǒng)中的排列方式）。其研究結果發(fā)表在《新物理學》期刊上，可以應用于量子技術。

研究小組的負責人托馬斯·布希教授解釋說：如果你把一塊石頭扔出船，由于動量守恒，石頭朝這邊扔，船就會在相反的另一邊受到反作用力。在量子力學中，可以在更遠的距離上有更強的關聯性。這就好比如果你穿上一只紅色襪子和一只綠色襪子，那么你從未見過的南極洲人也會這樣做，其研究發(fā)現了具有這些非常強關聯性的新狀態(tài)，而且這些關聯性可以很好地控制

用兩個原子做實驗

當科學家研究宏觀系統(tǒng)時，他們傾向于觀察許多粒子（比如說1023個）。因為有太多的原子，不可能追隨每一個原子，必須做出假設。為了避免這種情況，這項研究中的研究人員使用了另一種選擇。第一作者Ayaka Usui說：我們模擬了一個只有兩個原子的系統(tǒng)。這為更大的系統(tǒng)提供了一個基石，但研究人員可以控制，準確地看到正在發(fā)生的事情，而且，為了進一步控制這個系統(tǒng)，還考慮了超冷原子。

在室溫下，粒子移動得非?？欤鞖庠綗?，它們移動的速度就越快。通過使用激光冷卻，這些原子可以被減速和冷卻，直到它們達到幾乎為零的速度，從而處于超冷狀態(tài)，這使得研究人員更容易在模擬中描述它們。在這樣的系統(tǒng)中，粒子能做的最簡單事情就是相互碰撞，這迫使它們四處移動并改變方向，但粒子有一種叫做自旋的東西。粒子的自旋向上或向下指向，并進一步影響它的運動方式（即一種稱為自旋）軌道耦合的效應。

當研究人員模擬具有兩個自旋-軌道耦合的超冷原子系統(tǒng)時，這些新狀態(tài)及其非常強的相關性被揭示出來。研究團隊的博士后學者托馬斯·福格蒂(Thomás Fogarty)博士說：系統(tǒng)有兩個粒子，在那里會得到這些狀態(tài)，而在1023個粒子的系統(tǒng)中，不會得到這些狀態(tài)。沿著這一長串添加粒子的某個地方，這些新的狀態(tài)就消失了。除了新的狀態(tài)，研究還發(fā)現了準確描述這個系統(tǒng)的公式，所以現在，研究人員可以設計它了。

工程學上的進一步見解

通過找到這些公式，研究人員可以控制系統(tǒng)，現在研究人員計劃改變參數來觀察系統(tǒng)的動態(tài)?？梢允褂脧婈P聯來幫助測量系統(tǒng)，如果在其中一個系統(tǒng)中發(fā)現一個原子，就知道另一個原子也在那個系統(tǒng)中，而不需要測量它，因為它們是緊密相關的。雖然這項研究只集中在量子力學能做的一小方面，但它有很多應用。量子技術需要這些關聯，這些新狀態(tài)具有已知的最強非經典相關性，從而可以設計它們。

有了這項研究，可以建造更強大的計算機，可以創(chuàng)造出測量大腦中重力或電脈沖微小差異的測量設備，有如此多的應用，還需要更加努力的去研究。

博科園｜研究/來自：沖繩科學技術大學院大學

研究發(fā)表期刊《新物理學》

DOI: 10.1088/1367-2630/ab6576

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