科學家們正越來越多地尋求發現更多關於量子糾纏的信息，當兩個或更多的系統以這樣一種方式被創造或相互作用時，一些系統的量子狀態不能獨立於其他系統的量子狀態而被描述。這些系統是相互關聯的，即使它們之間相隔很遠。

對研究這種現象的興趣是由於其在加密、通信和量子計算方面的巨大應用潛力。困難的是，當這些系統與它們周圍的環境相互作用時，它們幾乎立即變得不相干了。

在巴西聖保羅大學物理研究所（IF-USP）的原子和光的相干操縱實驗室（LMCAL）的最新研究中，研究人員成功地開發了一個產生兩束糾纏光的光源。有關這項研究的文章最近發表在《物理評論快報》雜誌上。

“這個光源是一個光學參數振盪器，或稱OPO，它通常由兩個鏡子之間的非線性光學響應晶體組成，形成一個光學腔體。當一束明亮的綠色光束照射在儀器上時，晶體-鏡子動態產生兩束具有量子相關性的光束，”文章的最後一位作者、物理學家Hans Marin Florez說。

該研究中使用的光學參數振盪器（OPO）。圖像來源: Alvaro Montaña Guerrero

問題是，基於晶體的OPO發出的光不能與量子信息背景下的其他感興趣的系統互動，如冷原子、離子或芯片，因為其波長與相關係統的波長不一樣。”我們小組在以前的工作中表明，原子本身可以被用作媒介，而不是晶體。因此，我們製作了第一個基於銣原子的OPO，其中兩個光束是強烈的量子相關的，並獲得了一個可以與其他有可能作為量子存儲器的系統互動的源，如冷原子，”Florez說。

然而，這並不足以表明這些光束是糾纏在一起的。除了強度之外，與光波同步有關的光束相位也需要顯示出量子關聯性。他說：”這正是我們在《物理評論快報》報導的新研究中所實現的。我們重複了同樣的實驗，但增加了新的檢測步驟，使我們能夠測量所產生的場的振幅和相位中的量子相關性。結果，我們能夠證明它們是糾纏在一起的。此外，該檢測技術使我們能夠觀察到，糾纏結構比通常所描述的要豐富。我們實際上產生的是一個由四個糾纏譜帶組成的系統，而不是兩個相鄰的譜帶被糾纏在一起。”

“在這種情況下，波的振幅和相位是糾纏在一起的。這在許多處理和傳輸量子編碼信息的協議中是基本的。除了這些可能的應用，這種光源還可以用於計量學。強度的量子關聯導致強度波動的大大減少，這可以提高光學傳感器的靈敏度。想像一下，在一個聚會上，每個人都在說話，你聽不到房間另一邊的人說話。如果噪音充分降低，如果每個人都停止說話，你就可以在很遠的地方聽到某人說的話。”他補充說，提高用於測量人腦發出的α波的原子磁力計的靈敏度是潛在的應用之一。

“文章還指出，與晶體OPO相比，銣質OPO還有一個優勢。”Florez說：”晶體OPO必須要有鏡，使光在腔內保持更長的時間，這樣相互作用就會產生量子相關的光束，而使用原子介質，在其中產生的兩個光束比晶體更有效，避免了需要鏡子來禁錮光這麼長的時間。”

在他的小組進行這項研究之前，其他小組曾試圖用原子製造OPO，但未能證明所產生的光束的量子相關性。新的實驗表明，系統中沒有內在的限制來阻止這種情況的發生。研究人員發現，原子的溫度是觀察量子關聯的關鍵。顯然，其他研究使用了更高的溫度，這讓他們無法觀察到相關關係。