实验室中已经能够创造出这样的量子态:数百万个原子如同一个整体般行动,违背了经典物理学的所有预期。新的“广延尺度”与“纠缠尺度”度量方法,使得在真实的机械系统实验中精确评估这种相干性与纠缠的规模成为可能。
德国锡根大学的理论物理学家本杰明·亚丁和北京大学的马泰奥·法德尔和瑞士苏黎世联邦理工学院的马泰奥·法德尔于30月2026日在《Quantum》期刊上发表了一项工作,其中引入了两种独立的度量。第一种是广延尺度(extensive size),它显示相干性相对于原子尺度能在多大的距离或动量范围内得以保持。第二种是纠缠尺度(entangled size),它计算为解释观测数据所必须纠缠的最少子系统数目。这两种度量都建立在量子信息论的严格概念之上,并适用于实验结果。
作者们将这些度量应用于近期关于微机械振荡器和分子衍射的实验。结果他们得到了真正多体纠缠(genuine multipartite entanglement)的下界估计,其水平介于10^5到10^7个原子之间。这意味着,为解释所观测到的干涉图样,必须认为恰好有这么多的粒子处于纠缠状态,而不能更少。
想象一串普通的彩灯:如果一只灯泡熄灭,整条电路可能都会熄灭。而在这里,纠缠将原子如此连接起来,以至于整个系统的行为取决于集体的量子态,而非单个粒子。新的度量所确定的正是这一特性,从而使人们能够在同一尺度上比较完全不同的实验。
这项工作表明,现代机械系统已经接近量子效应在宏观层面显现的状态。这为检验基础性问题开辟了道路,包括量子引力可能施加的极限,以及制造更稳定的量子传感器和计算元件。
这些于30月2026日发表在《Quantum》上的结果为评估宏观量子力学领域的进展提供了清晰的工具,并为未来的实验树立了新的标杆。
