这项研究探索了光如何映射量子材料的行为并揭示隐藏的量子效应。
量子纠缠至今仍是物理学中最奇特的概念之一。两个粒子紧密关联，哪怕相隔很远，改变其中一个，另一个也会瞬间受到影响。多年来，科学家一直在微小的量子系统中研究这一效应，但在更大的材料中控制纠缠却困难得多。莱斯大学的研究人员认为，他们或许找到了一种让这个过程变得更容易的方法。
物理学家斯其苗及其合作者提出了一种利用量子光从量子材料中提取纠缠的方法。这项工作有助于科学家更好地研究奇异材料，同时也能支持未来的量子技术。
他们的想法是将材料置于微小的镜面腔内，并使其与光子（即光的粒子）相互作用。在合适的条件下，光和物质会开始表现为一个相互连接的量子系统。
临近临界点
多年来，研究人员一直认为，要在光与物质之间形成这种混合态，需要极强相互作用。而构建出足够强大的系统来实现这一点，一直非常困难。
斯其苗团队认为，答案可能藏在一个叫做量子临界点的概念中。这是材料处于两种量子相之间的阶段，此时材料对变化极其敏感。
斯其苗说：“按照这一理论，通过将物质置于微小的镜面腔内，并把它推向所谓的量子临界点，我们就可以引入光子，从而诱导出量子纠缠。”
研究人员无需加热就能将材料推向这一状态，而是可以通过施加压力或略微改变材料的化学结构来实现。随着材料越来越接近量子临界点，产生纠缠所需的门槛会急剧下降。
这样一来，光子和物质就更容易锁定在同一个量子态中。研究生王一鸣解释说，这时材料实质上处于两种不同的量子相之间，只有在临界点，它才能转变为第二相。
光随物变
一旦纠缠形成，这个理论就变得更具实用价值。据研究人员称，光和材料会开始反映彼此的行为。如果材料发生量子相变，光子也会跟着改变。
合著者舒维克·苏尔说：“如果在与光纠缠的状态下，材料进入量子临界点并转变为第二相，光也会随之转变。”
这种关联可以为物理学家研究量子材料提供一种更简单的方法。科学家可以利用现有的实验工具，同时观察材料和离开腔体的光。
这项工作也建立在斯其苗团队此前关于奇异金属的研究基础上。奇异金属是一类以强纠缠效应著称的量子材料，长期以来，研究人员一直认为这类材料有希望用于先进的量子器件，但提取其中的纠缠始终是一大挑战。
这项新提议给出了一个可能的解决方案。一旦光子与材料发生纠缠，研究人员就可以将光从腔体中取出并直接进行研究。
团队相信，这种方法最终能够支持高灵敏度量子传感器等下一代技术。理论仍需实验验证，但即便如此，这项研究也为物理学家指明了一条更清晰的道路，有望在更大、更实用的系统中控制量子纠缠。
该研究发表在《自然·通讯》期刊上。
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