利用3个原子云，它们的自旋（蓝色）在一定距离内相互纠缠，研究人员可以测量电磁场的空间变化。图片来源：瑞士巴塞尔大学

瑞士巴塞尔大学与法国卡斯特勒—布罗塞尔实验室的研究人员，展示了一种利用量子纠缠同时测量多个物理参数的新方法。实验表明，通过对空间上分离的量子体系进行纠缠操作，可显著提升多参数测量的精度。相关成果发表于最新一期《科学》杂志。

量子纠缠是量子力学中最具代表性的非经典效应之一。它使得彼此分离的量子体系在测量结果上呈现出强关联性，这一现象也被称为爱因斯坦—波多尔斯基—罗森悖论，其实验验证曾获得2022年诺贝尔物理学奖。

传统量子计量实验通常依赖位于同一空间位置的纠缠粒子，而研究团队首次在实验中实现了空间分离原子云之间的纠缠测量，并将其用于同时估计多个物理参数。

团队首先在单个原子云中制备纠缠态，随后将其分裂为最多3个空间上彼此分离但仍保持量子纠缠的原子云。通过这一方式，他们成功以少量测量数据重建了电磁场的空间分布，其测量精度明显优于未使用空间纠缠时的结果。

这种基于空间纠缠的量子计量方案，不仅能够降低量子涨落带来的测量不确定性，还能在较大程度上抵消对所有原子产生相同影响的环境噪声，为多参数精密测量提供了新的技术路径。

该方法在精密测量领域具有直接应用前景。例如，在光学晶格原子钟中，原子分布不均可能引入系统误差。研究团队提出的测量方案有望降低此类误差，从而进一步提升时间测量精度。此外，在用于测量地球重力加速度的原子干涉仪中，该技术也可用于以更高精度探测重力的空间变化。