科學家突破極限！用雷射光鉗打造「超糾纏」量子原子

加州理工學院的研究團隊最近在《科學》期刊發表一項突破性研究，他們利用雷射光構成的「光學鑷子」精準操控單個原子，成功將原本被視為干擾源的原子運動轉化為優勢，創造出前所未有的「超糾纏」量子狀態。

這項技術突破可能為量子電腦開闢新道路，並推動量子模擬技術發展，幫助科學家解答物理學中的基礎難題。過去數十年來，加州理工學院一直運用光學鑷子技術控制單個原子，這項技術已促成多項重要進展，包括量子糾錯和打造全球最精準的原子鐘。

研究第一作者、博士後研究員Adam Shaw在聲明中表示：「我們證明原子運動這種通常被視為量子系統噪聲來源的現象，其實可以被轉化為優勢。」研究團隊不僅克服了原子自然運動帶來的干擾，更進一步利用這種運動特性，創造出「超糾纏」的原子組合。

傳統的量子糾纏描述的是兩個或多個粒子在遠距離下仍保持同步並共享某種特性，而「超糾纏」則更進一步，能讓原子同時共享多種特性。在實驗中，研究團隊成功讓一對原子同時連結運動狀態和電子狀態（衡量原子內部能階的指標）。

共同領導這項研究的物理學教授Manuel Endres指出：「這項成果在規模和效率上都是重要突破，讓我們能用更少的原子編碼更多量子資訊，以更少資源獲得更多糾纏。」

為實現超糾纏狀態，團隊首先採用創新方法冷卻中性鹼土金屬原子。Endres解釋：「我們開發了檢測並主動修正熱運動激發的方法。」透過這項技術，他們幾乎完全凍結了原子的運動。

接著，研究人員讓原子像微小鐘擺般在兩個不同方向同時振盪，創造出「疊加態」——即粒子同時展現相反特性的量子現象。這些振盪原子先與運動匹配的夥伴糾纏，最終達成電子狀態也相互映射的超糾纏狀態。

Endres教授形容這項實驗就像在打造量子控制的工具箱：「我們已經掌握控制原子內部電子的技術，現在又學會控制整個原子的外部運動，就像完全掌握了一個原子玩具。」

這項發現最令人振奮的是，未來可能實現更多狀態或特性的糾纏。Endres表示：「運動狀態可能成為量子技術的強大資源，從計算、模擬到精密測量都有廣泛應用潛力。」