量子計(jì)算大突破！科學(xué)家首次在室溫下捕捉到“量子幽靈”

量子力學(xué)，這個(gè)聽起來遙不可及的物理學(xué)領(lǐng)域，一直以來都與極度寒冷的溫度聯(lián)系在一起。為了觀察到量子世界那些奇特的現(xiàn)象，科學(xué)家們通常需要將物質(zhì)冷卻到接近絕對(duì)零度（零下273.15攝氏度）。但最近，美國羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家們卻成功打破了這一限制，首次在室溫下捕捉到了一個(gè)關(guān)鍵的量子現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)震驚了整個(gè)物理學(xué)界。

什么是量子糾纏？

這個(gè)被捕捉到的量子現(xiàn)象，就是**“量子糾纏”**。你可以把它想象成兩個(gè)或多個(gè)粒子之間的一種“心電感應(yīng)”。即使它們相隔很遠(yuǎn)，只要你改變其中一個(gè)粒子的狀態(tài)，另一個(gè)粒子的狀態(tài)也會(huì)瞬間跟著改變。愛因斯坦曾稱之為“鬼魅般的超距作用”，因?yàn)樗`背了我們對(duì)經(jīng)典世界的理解。

但要讓這種“心電感應(yīng)”穩(wěn)定發(fā)生，難度非常大。在正常室溫下，周圍的熱量會(huì)像洪水一樣沖散粒子間的聯(lián)系，讓量子糾纏瞬間消失。這就是為什么科學(xué)家們必須用極其復(fù)雜的設(shè)備，將溫度降到極低，才能觀察到這種現(xiàn)象。

室溫下的“量子幽靈”被抓住！

羅切斯特大學(xué)的物理學(xué)家們使用了一種名為**“二維激子極化子”的特殊準(zhǔn)粒子。這個(gè)名字聽起來很復(fù)雜，但你只需要把它想象成一種光和物質(zhì)混合而成的全新粒子**。

這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)巧妙地設(shè)計(jì)了一種微小的“陷阱”，用兩片超薄的反射鏡將光困在中間，里面夾著一層比紙還薄的半導(dǎo)體材料。當(dāng)光子進(jìn)入這個(gè)空間，它會(huì)與半導(dǎo)體中的電子“融合”，形成這種特殊的“激子極化子”。

這種“激子極化子”天生就帶有一種強(qiáng)大的“超能力”：它們可以像光一樣快速移動(dòng)，又像電子一樣相互作用。更重要的是，它們之間的量子糾纏非常穩(wěn)定，強(qiáng)大到足以抵抗室溫下的熱量干擾。

通過精心調(diào)控這個(gè)“陷阱”的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們成功地在室溫下誘導(dǎo)這些“激子極化子”進(jìn)入了糾纏態(tài)。他們用一種特殊的方法，讓兩個(gè)粒子在完全不同的方向上“手牽手”移動(dòng)，并在實(shí)驗(yàn)中清楚地觀察到了它們之間的“心電感應(yīng)”。

為什么說這是一個(gè)大突破？

這項(xiàng)研究的意義非常重大，因?yàn)樗?strong>首次證明了在室溫下穩(wěn)定地維持量子糾纏是可行的。這就像是之前我們只能在冰天雪地里使用“量子魔法”，現(xiàn)在科學(xué)家們卻把它帶到了溫暖的房間里。

這意味著我們未來開發(fā)量子技術(shù)，比如量子計(jì)算機(jī)、量子通信網(wǎng)絡(luò)，不再需要昂貴且龐大的低溫冷卻系統(tǒng)。這大大降低了量子技術(shù)的門檻，為未來的技術(shù)應(yīng)用打開了全新的大門。雖然這只是一個(gè)開始，但它無疑為我們通往一個(gè)更強(qiáng)大的“量子時(shí)代”鋪平了道路。

參考資料：DOI:10.1038/s41567-025-02976-9