科罗拉多大学博尔德分校肯纳·卡斯尔伯里著 学分:史蒂文·布伦斯/雷伊实验室 在量子力学领域，量子纠缠的产生仍然是最具挑战性的目标之一
简而言之，纠缠是指每个粒子或一组粒子的量子态不独立于其他粒子或粒子组的量子态，即使是在很远的距离上
纠缠粒子一直令物理学家着迷，因为测量一个纠缠粒子会导致另一个纠缠粒子的变化，爱因斯坦曾将这一现象斥之为“幽灵般的远距离行为”
到目前为止，物理学家已经了解了这种奇怪的效应以及如何利用它，例如增加测量的灵敏度
然而，纠缠态非常脆弱，因为它们很容易被退相干破坏
研究人员已经在原子、光子、电子和离子中创建了纠缠态，但直到最近才开始研究极性分子气体中的纠缠
“分子对量子模拟、量子信息和精确测量非常有吸引力，”博士解释说
安娜·玛利亚·雷伊，科罗拉多大学博尔德分校物理学教授和JILA研究员
原因是分子具有大量的内部自由度，这些自由度可以成为量子传感和基础物理测试的有用资源
在量子实验中使用分子的另一个好处是，分子也有长程偶极相互作用:与必须相互碰撞才能相互作用的原子相反，分子可以在一定距离内相互作用
“与原子相比，分子确实具有很大的优势，但同时，它们也很难冷却下来
事实上，将分子冷却到量子简并度(当它们冷到足以使量子效应占主导地位时达到的状态)是多年来最受欢迎的突出目标之一
进展非常缓慢，但现在正在发生
" 2019年，叶军博尔德科罗拉多大学的JILA研究员和伴随教授终于实现了这一重要里程碑
叶的实验室设法将由一个铷原子和一个钾原子组成的分子冷却到量子简并度，并观察它们的量子性质
最近，他一直在将这种分子气体压缩成一堆扁平状的阵列
雷伊和叶团队的工作研究了令人兴奋的新物理，这种新物理是由于这种饼状阵列中的偶极相互作用而出现的
煎饼几何的重要性 化学反应是冷却分子最有害的敌人之一
几年前，叶实验室能够避免化学反应，同时通过在3D晶格中加载分子，允许分子通过偶极相互作用相互作用
3D晶格可以想象成完美的光晶体
在3D晶格中，分子被固定在单个晶格位置上而不移动
分子通过偶极相互作用相互作用，就像磁铁相互作用一样:当它们并排放置时，它们相互排斥；当它们首尾相接放置时，它们相互吸引
在3D晶格中，分子既经历吸引相互作用，也经历排斥相互作用，因此平均而言，分子之间的相互作用相互抵消
此外，在3D晶格实验中，分子填充分数非常低，也就是说，分子大多相距很远，相互作用非常弱
然而，在最近的一项实验中，叶小组将3D量子简并气体压缩成几个薄饼，每个薄饼都具有平坦的形状，从而增加了密度
叶研究小组发现，在薄饼中可以抑制不希望的化学反应，并使偶极相互作用更强
这是因为在2D构型中，所有分子相互排斥，相互作用不平均
研究人员令人兴奋的观察结果是，薄饼中的强偶极相互作用也能使气体对不希望的退相效应和化学反应保持稳定
Bilitewski说:在研究这种形状时，“从概念上来说，这是这项工作的核心，分子之间的相互作用取决于它们所处的量子状态，因此也取决于这种限制
所以，你首先要弄清楚这个新几何图形中的相互作用
事实证明，这些实际上对产生我们所追求的集体动力非常有益
“但更好的消息是，相互作用不仅通过迫使分子偶极完全对齐来保护状态，还会自然地产生纠缠
用比利提夫斯基的话来说:“这种集体同步的好处是，我们产生的纠缠对某些通常会破坏的效应变得鲁棒
这种分子缠结阵列可应用于未来各种量的测量，例如电场，其灵敏度因缠结而提高
雷伊小组所做的工作说明了几何效应在偶极气体中的重要性，以及一旦分子达到量子简并，仍有待探索的令人兴奋的多体现象
在对这种2D形状的重要性进行理论化时，雷伊说:“由于托马斯·比利提夫斯基所做的惊人工作，我们已经能够对它们的量子动力学进行建模，并表明它们应该有可能纠缠在一起，他计算了写一个有效模型所需的所有积分，求解了运动方程，并表明可以通过偶极相互作用引起的触发器过程来产生纠缠
" 可控几何形状的超冷分子气体的产生暗示着量子力学领域的新发现和新预测
雷伊补充说:“这项观察证明了分子可以探索量子磁性。换句话说，例如，分子可以像量子磁铁一样工作，模拟固体中电子的行为。”
在我们最近的工作中，我们朝着这个方向迈出了一步
“雷伊和叶小组提出的建议只是所有尚未研究的分子纠缠阵列的伟大科学的开始
根据Bilitewski的说法:“这真的很令人兴奋，因为我们正在探索一种新的机制，这种机制现在才在实验室中出现
"
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