维度网讯，莱斯大学（Rice University）齐妙（Qimiao Si）研究组在《自然通讯》（Nature Communications）发表论文，提出一种通过量子光与量子材料耦合来增强并利用宏观系统中量子纠缠的新方法。

量子纠缠这一现象通常只在少数粒子构成的量子系统中被观测到，研究人员可借助它存储和处理量子信息。包含大量粒子的宏观系统中能否存在并利用量子纠缠，是当前物理学的研究难点。齐妙是哈里·C·和奥尔加·K·维斯物理学与天文学教授（Harry C. and Olga K. Wiess Professor of Physics and Astronomy）以及极端量子材料联盟（Extreme Quantum Materials Alliance）主任。

该理论的核心思路是将量子材料放置于小型镜面腔中，并使其接近量子临界点。此时引入光子，光子与物质之间产生杂化纠缠所需的相互作用阈值被大幅降低。长期以来，创建这种腔光子-物质混合体是一个挑战，因为需要极强的光-物质相互作用，工程上很难实现。这一新理论提出，通过将材料接近其量子临界点，可以降低进入杂化纠缠态的阈值。

莱斯大学研究生、该研究共同第一作者王一鸣（Yiming Wang）解释，量子临界点是材料在两个不同量子相之间“选择”的临界点。材料处于一个相中，只有达到量子临界点才能转变到第二个相。在该理论中，研究人员可通过非热方法（如施加压力或更换化学组分）增强光与物质的纠缠，材料越接近量子临界点，强量子纠缠的阈值越低。此时将光引入镜面腔，纠缠两者将变得更容易得多。

该论文共同第一作者、莱斯大学前博士后Shouvik Sur指出，一旦光与物质发生纠缠，它们的个体性质就会相互反映。当材料在与光纠缠时进入量子临界点并转变到第二个相，光也会随之转变。

去年，齐妙团队发现，在被称为奇异金属的量子临界材料中，量子纠缠既存在又得到了增强。这种量子纠缠可能是量子技术的重要资源——如果科学家能够找到提取它的方法。这一新理论允许通过量子光提取量子纠缠：在光子和物质发生纠缠后，可以从腔中提取光。这样的系统可支持开发下一代技术，如量子传感。

齐妙表示，最终这揭示了一条利用量子光获取物质量子纠缠的路径，可能为提取量子纠缠资源并实现量子材料的新功能奠定基础。

该研究获得了美国能源部科学办公室基础能源科学项目（DE-SC0026179）、空军科学研究办公室（FA9550-21-1-0356）、罗伯特·A·韦尔奇基金会（C-1411）以及范内瓦·布什教师奖学金（Vannevar Bush Faculty Fellowship，ONR-VB N00014-23-1-2870）的资助。

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