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利用3個原子云，它們的自旋（藍色）在一定距離內相互糾纏，研究人員可以測量電磁場的空間變化。圖片來源：瑞士巴塞爾大學

瑞士巴塞爾大學與法國卡斯特勒—布羅塞爾實驗室的研究人員，展示了一種利用量子糾纏同時測量多個物理參數的新方法。實驗表明，通過對空間上分離的量子體系進行糾纏操作，可顯著提升多參數測量的精度。相關成果發表于最新一期《科學》雜志。

量子糾纏是量子力學中最具代表性的非經典效應之一。它使得彼此分離的量子體系在測量結果上呈現出強關聯性，這一現象也被稱為愛因斯坦—波多爾斯基—羅森悖論，其實驗驗證曾獲得2022年諾貝爾物理學獎。

傳統量子計量實驗通常依賴位于同一空間位置的糾纏粒子，而研究團隊首次在實驗中實現了空間分離原子云之間的糾纏測量，并將其用于同時估計多個物理參數。

團隊首先在單個原子云中制備糾纏態，隨后將其分裂為最多3個空間上彼此分離但仍保持量子糾纏的原子云。通過這一方式，他們成功以少量測量數據重建了電磁場的空間分布，其測量精度明顯優于未使用空間糾纏時的結果。

這種基于空間糾纏的量子計量方案，不僅能夠降低量子漲落帶來的測量不確定性，還能在較大程度上抵消對所有原子產生相同影響的環境噪聲，為多參數精密測量提供了新的技術路徑。

該方法在精密測量領域具有直接應用前景。例如，在光學晶格原子鐘中，原子分布不均可能引入系統誤差。研究團隊提出的測量方案有望降低此類誤差，從而進一步提升時間測量精度。此外，在用于測量地球重力加速度的原子干涉儀中，該技術也可用于以更高精度探測重力的空間變化。