量子纏結始終是物理學中最奇特的概念之一。兩個粒子之間緊密相連，以至於改變其中一個粒子會立即影響另一個粒子，即使它們相隔遙遠。科學家們多年來在微小的量子系統中研究這一效應，但在較大材料中控制該效應則難度更大。來自萊斯大學的研究人員相信他們可能找到一種使這一過程變得更容易的方法。物理學家 Qimiao Si 及其合作者提出了一種利用量子光從量子材料中提取纏結的方法。
這項工作能幫助科學家更好地研究奇異材料，同時支持未來的量子技術。
該方法涉及將材料置於小型鏡面腔體內，並使其暴露於光子或光粒子之下。在適當的條件下，光與物質開始表現為一個連接的量子系統。多年來，研究人員相信需要非常強的光與物質之間的相互作用來創造這些混合狀態。建造足夠強大的系統以實現這一點一直很困難。Si 的團隊認為答案可能在於所謂的量子臨界點。這是一個材料位於兩個量子相之間的階段，並對變化變得高度敏感。
利用量子光提取纏結的研究方法獲得突破性進展
Si 表示：「根據這一理論，通過將物質放置在小型鏡面腔體內並推向所謂的量子臨界點，我們可以引入光子並誘導量子纏結。」研究人員可以在不加熱材料的情況下將其推向這一狀態。相反，他們可以施加壓力或稍微改變材料的化學結構。隨著材料越來越接近其量子臨界點，纏結所需的閾值會急劇下降。這使得光子與物質鎖定在相同的量子狀態中變得更容易。
研究生 Yiming Wang 解釋，該材料本質上處於兩種不同量子相之間。只有在臨界點時，它才能過渡到第二個相。當纏結形成後，該理論變得更加實用。根據研究人員的説法，光與物質開始反映彼此的行為。如果材料改變量子相，光子也會隨之改變。共同作者 Shouvik Sur 表示：「如果材料在與光纏結時進入量子臨界點並轉變為第二相，光也會隨之轉變。」這一聯繫可能為物理學家提供了更簡單的方式來研究量子材料。
科學家可以利用現有的實驗工具觀察材料和離開腔體的光。這項工作還建立在 Si 團隊早期針對奇異金屬的研究基礎上，這是一類以強纏結效應而聞名的量子材料。研究人員長期以來將這些材料視為先進量子設備的潛力，但提取纏結仍然是一個挑戰。這一新提議提供了一種可能的解決方案。一旦光子與材料纏結，研究人員可以從腔體中移除光並直接對其進行研究。團隊相信這種方法最終可以支持如高敏感量子傳感器和其他下一代設備等技術。
研究人員仍需進行實驗以確認該理論。即便如此，這項研究為物理學家提供了一條更清晰的道路，以控制在更大和更實用的系統中的量子纏結。這項研究已發表在《自然通訊》期刊上。