研究人员可以测量电磁场的空间变化，这些原子云的自旋（蓝色）相互纠缠，远距离相互纠缠。图：巴塞尔大学物理系
量子纠缠可实现多物理量高精度同步测量——巴塞尔大学与巴黎Kastler‑Brossel实验室突破性实验已发表于《Science》
概述瑞士巴塞尔大学与法国巴黎Laboratoire Kastler‑Brossel（LKB）合作团队利用空间分离的量子纠缠，首次实现了对多个物理量的同步测量，并显著提高了测量精度。研究成果已发表于国际顶级期刊《Science》，为量子计量学与精密测量技术开辟新路径。
一. 量子纠缠的奇异优势量子纠缠是量子力学中最神秘的现象之一：当两个量子系统被纠缠后，对它们的测量结果即使在相距遥远的情况下仍会保持强相关。该效应与经典物理截然不同，并被称为爱因斯坦–庞多斯–罗森（EPR）悖论。2022 年该效应的实验验证被授予诺贝尔物理学奖。
二. 研究亮点研究点
具体做法
关键结果
空间分离的纠缠
通过冷原子技术将三束极低温原子云分离到不同位置，同时保持其自旋纠缠
证明纠缠效应可跨空间维持，类似于 EPR 现象
多参数同步测量
利用分离的纠缠原子云测量电磁场或重力场的空间分布
仅用少量测量即可获得比单点测量更高的精度
误差抑制
纠缠抵消了量子噪声与共同干扰（如全局磁场波动）
极大降低测量不确定性
Philipp Treutlein（巴塞尔大学） “过去我们只在同一位置实现了原子自旋纠缠，如今我们将原子云分布到多达三处，真正实现了远距离纠缠的实际应用。”
Alice Sinatra（LKB） “此实验突破了以往对空间分离纠缠测量的理论与实验空白，为高精度空间场测量提供了全新工具。”
三. 具体实验流程原子自旋纠缠：在单个原子云内使用量子操作将原子自旋纠缠。
分离成三部分：通过光学或磁场分离，将纠缠云拆分为三束，仍保持相互纠缠。
同步测量：在每个位置对电磁或重力场进行测量，利用纠缠相干性消除共同噪声。
数据融合：合并三点测量结果，重构场的空间分布。
实验表明，采用纠缠原子云可将场测量误差下降至未纠缠时的约 1/3，且仅需几次测量即可得到全局分布信息。
四. 潜在应用光学原子钟
原子钟通过激光晶格固定原子，实现极高时钟精度。
纠缠方法可消除晶格中原子分布不均导致的误差，进一步提升时间测量准确度。
Lex Joosten（博士生，巴塞尔团队）：“我们的协议可以直接嵌入现有原子钟架构，预期可实现几倍的误差降低。”
原子干涉仪与重力仪
原子干涉仪测量地球引力加速度，重力仪（gravimeter）关注重力随空间变化。
通过纠缠原子可在不同位置同步测量引力梯度，精度比传统单点方法提高 2–3 倍。
为地球物理、导航与测绘等领域提供更高分辨率的重力场数据。
电磁场成像
在医学成像、无损检测等领域，可利用纠缠原子云对电磁场进行快速空间扫描，显著提高成像分辨率与可靠性。
五. 研究团队与资助主研人员：Philipp Treutlein（巴塞尔大学）、Alice Sinatra（LKB）、Yifan Li（巴塞尔实验室访客博士后）等。
期刊：《Science》 (Nature Publishing Group)
资助机构：欧盟研究与创新计划（EU Horizon 2020）、瑞士国家科学基金会 (SNF)、法国国家研究中心 (CNRS) 等。
六. 结语这项实验证明，量子纠缠不仅是纯粹的理论奇迹，更能在实际测量中发挥决定性优势。通过空间分离的纠缠原子云，科学家们可以在单次实验中同时获取多点物理量信息，极大提升计量精度，并为原子钟、干涉仪、重力仪等关键技术的升级提供了新的科学依据。
勇编撰自论文"Multiparameter estimation with an array of entangled atomic sensors".Science.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
