在1日發(fā)表于《自然·物理》雜志的一項(xiàng)新研究中，來自英國、瑞士和奧地利的國際研究團(tuán)隊(duì)建立了一種新的平臺(tái)，來解決經(jīng)典物理和量子物理之間的邊界問題。這一成果代表著在理解基礎(chǔ)物理學(xué)方面的重大飛躍，也為實(shí)際應(yīng)用帶來了希望，特別是在用于環(huán)境監(jiān)測和離線導(dǎo)航的傳感器技術(shù)方面。
光鑷捕獲的兩個(gè)納米粒子通過在鏡子之間來回反射的光子耦合在一起。 圖片來源：英國曼徹斯特大學(xué)
在過去一個(gè)世紀(jì)里，物理學(xué)家已在越來越大的物體中觀察到量子現(xiàn)象，從電子等亞原子粒子到包含數(shù)千個(gè)原子的分子。最近，懸浮光力學(xué)領(lǐng)域致力于在真空中控制高質(zhì)量微米級(jí)物體，希望能測試比原子和分子重幾個(gè)數(shù)量級(jí)的物體中的量子現(xiàn)象，進(jìn)一步突破這一極限。然而，隨著物體質(zhì)量和大小的增加，其量子特征（如糾纏）的相互作用會(huì)消失在環(huán)境中。
為了在更大尺度上觀察量子現(xiàn)象并揭示經(jīng)典－量子轉(zhuǎn)變，量子特征需要在環(huán)境噪聲存在的情況下保持不變。有兩種方法可做到這一點(diǎn)：一是抑制噪聲，二是增強(qiáng)量子特征。新研究則采取了第二種方法。
研究證明，利用光鑷捕獲的兩個(gè)0.1微米大小的玻璃粒子之間，其糾纏所需的相互作用可被放大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，以克服對環(huán)境的損失。
研究人員將兩個(gè)粒子放置在兩個(gè)高反射鏡之間，形成一個(gè)光學(xué)腔。通過這種方式，每個(gè)粒子散射的光子在離開腔體之前會(huì)在鏡面之間反彈數(shù)千次，導(dǎo)致與另一個(gè)粒子相互作用的機(jī)會(huì)大大增加。由于光學(xué)相互作用是由空腔介導(dǎo)的，因此它的強(qiáng)度不會(huì)隨著距離而衰減，這意味著研究人員可在幾毫米范圍內(nèi)耦合微米級(jí)粒子。
相對于其他傳感量子系統(tǒng)來說，懸浮式機(jī)械傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢在于質(zhì)量更高，這使它們非常適合于探測引力和加速度，能夠達(dá)到更高的靈敏度，例如在氣候研究中監(jiān)測極地冰，在導(dǎo)航中測量加速度。
