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探究经典物理学与量子物理学的界限，一直是现代科学研究中最深远且持久的追求之一。在最新的研究进展中，科学家们展示了一个革新性的平台，这一平台有望揭示这一领域的重要答案。

量子物理学的法则主宰着微观尺度上粒子的行为，催生了诸如量子纠缠等奇异现象。在这些现象中，纠缠粒子的属性以一种超越经典物理学解释能力的方式紧密相连。

量子物理学的研究不仅填补了我们对物理世界认知的空白，而且还让我们对现实的理解更加全面。然而，由于量子系统操作的尺度极其微小，它们的观察和研究极具挑战性。

在过去的世纪里，物理学家们已经在从电子等亚原子粒子到成千上万原子组成的分子等越来越大的物体上观察到了量子现象。

近期，科学家们在研究如何在真空中控制大质量微米级物体的悬浮光机械学领域取得了突破。他们测试了在比原子和分子重几个数量级的物体中量子现象的存在性，推动了该领域研究的深入。然而，随着物体质量和尺寸的增加，产生纠缠等微妙量子特性的相互作用可能会因环境因素而减弱，导致我们所观察到的更趋向于经典行为。

如今，曼彻斯特大学量子工程实验室主任Jayadev Vijayan博士与苏黎世联邦理工学院及因斯布鲁克大学的科学家共同领导的团队，在苏黎世联邦理工学院进行的实验中，开发出了一种解决这一问题的新方法。

Vijayan博士指出：“为了在更宏观的尺度上观测量子现象，并揭示经典与量子的转换过程，关键在于要在环境噪声的干扰下保持量子特性。实现这一目标，可以通过两种方式：一是抑制环境噪声，二是增强量子特性。”

“我们的研究展示了如何通过后者来应对这一挑战。我们证明了两个光学捕获的0.1微米大小的玻璃颗粒之间的纠缠所需的相互作用可以被放大数个数量级，足以克服环境带来的损耗。”

为了实现这一目标，科学家们将粒子放置在两面高反射镜之间，构建了一个光腔。在这种设置中，每个粒子散射的光子在离开腔体前会在镜子间反弹数千次，极大地增加了粒子间发生相互作用的机会。

两个被光学捕获的纳米粒子通过光子在镜面之间来回反弹而耦合在一起

苏黎世联邦理工学院的论文共同作者Johannes Piotrowski指出：“特别值得一提的是，由于光学相互作用是通过腔体介导的，其强度并不随距离而衰减。这意味着我们能够在数毫米范围内将微米级粒子耦合起来。”

研究人员还展示了他们通过调整激光频率和粒子在腔体内的位置，来精准控制相互作用强度的非凡能力。

具有多个纳米粒子的腔体光学机械学

腔体介导的长程相互作用

空腔介导相互作用的距离依赖性

机械模式间相互作用的可调谐性

这些发现不仅是基础物理学理解方面的一次重大突破，同时还为实际应用——特别是用于环境监测和离线导航的传感器技术，带来了新的希望。

维也纳技术大学的研究合作者Carlos Gonzalez-Ballestero博士评论道：“悬浮机械传感器的一个关键优势在于，与其他量子传感技术相比，它们具有较高的质量。这种大质量使它们非常适合于探测引力和加速度，从而提高灵敏度。因此，量子传感器在多个领域都有广泛的应用前景，例如用于监测极地冰层以研究气候变化，或是测量加速度以实现精确导航。”

Ballestero补充说：“在这个相对较新的研究领域内进行工作，并探索我们能在多大程度上推动其量子化，这本身就令人激动。”

他们的成果揭示了在远超典型量子尺度的物体中观测纠缠等量子现象的重大进展。这项研究的意义远超过学术好奇心的范畴：它标志着我们在理解经典与量子转换这一物理学领域的长期难题上迈出了重要一步。

展望未来，道路既充满挑战又充满激情。受到成功的鼓舞，团队已经开始考虑整合量子冷却技术，以进一步验证悬浮粒子之间的量子纠缠。研究团队计划将新功能与成熟的量子冷却技术结合起来，大步前进，以验证量子纠缠。如果成功，实现悬浮纳米粒子和微粒子的纠缠将进一步缩小量子世界与我们日常生活中的经典力学之间的差距。

在曼彻斯特大学光子科学研究所和电气与电子工程系，Jayadev Vijayan博士的团队将继续致力于研究悬浮光学机械学，并利用多个纳米粒子之间的相互作用来实现新的量子传感应用。

随着这项研究的不断进展，搭建起微观量子世界与宏观经典世界之间桥梁的希望变得越来越具体。这不仅为理论物理学领域带来新的视角，也为实际应用技术开辟了新的领域。

参考链接：

[1]https://phys.org/news/2024-02-scientists-nanoparticles-unravel-quantum-limits.html

[2]https://www.eurekalert.org/news-releases/1035791

[3]https://medriva.com/news/quantum-leap-scientists-bridge-the-classical-and-quantum-worlds-with-levitated-nanoparticles