單磁振檢測器中感興趣模式的示意圖。鐵磁晶體中的集體自旋激發(fā)的統(tǒng)一處理模式稱為Kittel模式，通過微波腔模式相干耦合到超導量子位。圖片來源：?Dany Lachance-Quirion

東京大學先進科學技術研究中心（RCAST）的科學家展示了一種通過奇異的量子糾纏力將磁球與傳感器耦合的方法。他們表明，通過一次測量就可以檢測到球中甚至存在單個磁激發(fā)。這項工作代表了可以與磁性材料相互作用的量子系統(tǒng)的重大進步。

想象一下，如果有一個傳感器足夠強大，可以一次掃地告訴您附近的干草堆中是否裝有針頭。這樣的設備似乎只可能存在于科幻小說中，但是，利用量子力學最與直覺相反的效果之一，這種靈敏度水平可以成為現(xiàn)實。糾纏是量子力學核心的奇異過程，它允許鏈接的粒子在很長的距離內立即相互作用，它曾經(jīng)被愛因斯坦稱為“遠距離的詭異動作”。

實驗已經(jīng)證實，量子力學允許這樣的情況，即系統(tǒng)的各個部分不再可以單獨描述，而是從根本上被糾纏在一起，從而對一個部分的測量會自動確定另一個部分的命運。例如，兩個電子可能發(fā)生糾纏，因此它們都指向上方或指向下方，因此立即測量一個會影響另一個電子的狀態(tài)。第一作者Dany Lachance-Quirion博士說：“糾纏已經(jīng)在量子力學教科書中使用了數(shù)十年，但是生產(chǎn)帶有它的非常靈敏的探測器的應用才剛剛開始實現(xiàn)�！�

在RCAST上進行的實驗中，一毫米大小的釔鐵石榴石球體與作為傳感器的超導約瑟夫森結量子位放在同一諧振腔中。由于球體與諧振腔以及腔體與量子位之間的耦合，如果球中不存在磁激發(fā)，則只能通過電磁脈沖來激發(fā)量子位。然后，讀取量子位的狀態(tài)即可揭示球體的狀態(tài)。

“通過使用單次檢測而不是平均，我們可以使我們的設備既靈敏又快速”，中村康信教授解釋說�！斑@項研究可能會為功能強大的傳感器開辟道路，以幫助尋找理論上稱為黑軸的暗物質粒子�！�

這項工作在《科學》雜志上發(fā)表，名稱為“基于糾纏的具有超導量子位的單個磁振子的單發(fā)檢測”。