據(jù)《自然·光子學》期刊發(fā)表的一項最新研究顯示：量子糾纏顯著提高了傳感器的精度，這些傳感器可以在沒有GPS的情況下進行導航。這讓令愛因斯坦感到不安的“遠距離幽靈般的動作”這一神秘現(xiàn)象，逐漸變得平淡無奇。

量子糾纏的特殊耦合現(xiàn)象

所謂量子糾纏（quantum entanglement），是指量子力學中的一種奇特現(xiàn)象，它是發(fā)生在粒子之間的一種特殊耦合。當兩個或多個基本粒子處于糾纏態(tài)時，它們之間的狀態(tài)是相互依存的，我們無法單獨描述某個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)的現(xiàn)象。無論粒子之間的距離有多遠，即便是相隔著整個宇宙，一方的測量結(jié)果也會影響另一方的狀態(tài)，甚至能夠在瞬間傳遞信息。

量子糾纏這種看似矛盾和反直覺的行為已在許多實驗中得到證實，并被認為是量子力學最迷人和神秘的方面之一。關(guān)于量子糾纏的研究在量子信息和量子通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如量子密碼、量子密鑰分發(fā)等。

量子糾纏與光機械傳感器

通過對亞利桑那大學完成的實驗的結(jié)果分析，“通過量子糾纏，不僅提高了測量靈敏度，也提高了測量的速度。”密歇根大學電氣和計算機工程系副教授Zheshen Zhang介紹，實驗使用光束對干擾進行響應(yīng)。通過光學機械傳感器測量干擾機械傳感裝置的力，而機械傳感裝置會響應(yīng)地移動；然后用光波測量該運動。

光機械傳感器的機制依賴于兩個同步的激光束。一束光束被稱為振蕩器的組件反射，振蕩器的任何運動都會改變光在到達檢測器的途中傳播的距離。當?shù)诙l光束與第一條光束重疊時，任何此類行進距離差異都會顯現(xiàn)出來。如果傳感器靜止不動，則兩個光束完全對齊；如果傳感器移動，重疊的光波會產(chǎn)生干涉圖案，可透露出傳感器運動的大小和速度。

在這個過程中，量子糾纏可以使光機械傳感器比目前使用的慣性傳感器更精確。它還可以使光機械傳感器尋找非常微妙的力量，如識別暗物質(zhì)的存在。作為一種不可見的物質(zhì)，暗物質(zhì)被認為占宇宙中所有物質(zhì)總量的六分之五，檢測它可能產(chǎn)生的引力效應(yīng)可以幫助科學家弄清楚它的性質(zhì)。

量子傳感器的應(yīng)用前景

“以前我們對量子增強光機械傳感的研究，主要集中在提高單個傳感器的靈敏度上。”亞利桑那大學圖森分校的量子物理學家 Yi Xia 表示，“最近的理論和實驗研究表明，糾纏可以大幅提高多個傳感器之間的靈敏度，這種方法被稱為分布式量子傳感。”另外，量子糾纏雖然無視距離，但也極易受到外界干擾。量子傳感器則可以利用這種敏感性來幫助檢測周圍環(huán)境中最輕微的干擾。

“我們的愿景是在自動駕駛車輛和航天器中部署此類集成傳感器，可以在沒有 GPS 信號的情況下實現(xiàn)精確導航。”Zheshen Zhang 表示，在未來一兩年內(nèi)，科學家們有望擁有原型芯片，其中包括壓縮光源、分束器、波導和慣性傳感器；而這將使這項技術(shù)更實用、更實惠、更容易獲取。