(一种诡异的量子现象被首次测量出来了)一种诡异的量子现象被首次测量

首次测量到一种奇怪的量子现象。

在量子物理领域，不同的物理量之间可以有很强的相关性。例如，量子系统中的不同粒子或某些粒子可以"分享"一定量的信息。在这一点上，有一些看似奇怪的理论预测。比如，有人认为对于这种"相互信息"测量不取决于系统的大小，

现在，这个令人惊讶的观点在一个国际团队的实验中得到了证实。研究结果已经发表在《自然& middot物理。

量子信息的相关性

想象一下在气体容器中的情况，微小的粒子像小球一样飞来飞去，以非常经典的方式运动。如果系统处于平衡状态，那么分布在容器不同区域的粒子对彼此一无所知，它们是完全相互独立的。可以说两个粒子共享的互信息为零。

但是，在量子世界，情况就不一样了。如果粒子的行为是量子化的，那么它们在数学上是联系在一起的，也就是说，它们不再是相互独立的。如果忽略其他粒子，就不能有意义地描述一个粒子。

对于这种情况，科学家们早就预言了多体量子系统不同子系统之间的互信息共享。他们认为，在这样的量子气体中，共享互信息大于零，并且不依赖于子系统的大小，只依赖于子系统的外边界表面。

这种预测直观上看起来很奇怪，就像说一本书所包含的内容不取决于它的大小，而只取决于书的封面面积。但这就是量子世界发生的事情。

测量超冷原子

这项新研究使用了由超冷原子组成的量子系统。这些粒子被冷却到略高于绝对零度的温度，并被捕获在原子芯片中。在极低的温度下，这些运动缓慢的粒子的量子性质会变得越来越重要，信息会在系统中传播得越来越多，整个系统各部分之间的联系也会越来越明显。在这种情况下，系统可以用量子场论来描述。

在实验中，研究人员需要获得关于量子系统的完整信息。这是一项非常具有挑战性的工作。为此，他们开发了一种特殊的层析成像技术，通过轻微扰动原子，然后观察由此产生的动力学，来获取所需的信息。

在实验中，科学家创造了这个量子系统的两个部分"复制"它们是两个雪茄形状的原子云，会随着时间的推移而演化，不会相互作用。在这个过程的不同阶段，研究小组进行了一系列实验，揭示了两个副本之间的相关性。

通过构建这些关联的整个历史，我们可以推断系统的初始量子态是什么，并获得关于其性质的信息。起初，他们有一种强耦合的量子液体，然后他们将它分成两种独立的液体，最后他们将它们重新组合，以揭示液体中的波纹。这就好比往池塘里扔一块石头，然后观察池塘里的波纹，就可以获得很多关于液体和池塘状态的信息，并推断出石头的属性，比如大小、形状、重量等。

只要系统的温度没有降到绝对零度(这是不可能的)，这"分享信息"的范围是有限的。在量子物理学中，这类似于"相干长度"是的，它代表了一个距离范围，在这个距离范围内，粒子会有相似的量子行为，从而相互认识。

这也解释了为什么共享信息在经典气体中是不相关的。因为在一个经典的多体系统中，相干性不再存在，粒子不再知道它们相邻粒子的任何事情。此外，温度和相干长度对互信息的影响也在实验中得到证实。

量子信息的重要性

量子信息在当今量子物理的许多技术应用中起着至关重要的作用。因此，实验结果涉及各个研究领域，从固体物理到引力的量子物理。

这一突破为技术进步带来了希望。研究人员介绍，在量子计算时代，准确表征正在构建的系统非常重要。量子计算依赖于不同子系统之间产生纠缠的能力，这种能力可以通过实验首创的方法检测到。这种精确表征的能力也可能带来更好的量子传感器，这是量子技术的另一个应用领域。