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量子纠缠是一种现象，其中两个或多个粒子通过某种瞬时连接共享相关的属性，这是一项棘手的技术。 纠缠两个粒子的量子力学键非常脆弱，可能被任何数量的外部扰动破坏。 尝试纠缠三个粒子，系统就会变得更容易受到干扰。
尽管如此，物理学家们仍在努力纠缠更大的系统，最终目标是在大量粒子中利用量子效应进行计算、通信或超精密测量。 5月14日出版的《科学》杂志上的一篇论文报道了在这项探索中取得的进展，以实验装置的形式，该装置纠缠了五个光子。 研究人员来自以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所，诱导光子进入所谓的NOON态，在这种状态下，粒子有两个可能的路径可供选择，但集体只遵循其中一条。
NOON是两种可能状态N0和0N的缩写，这表示N个光子遵循一条路径，而零个光子遵循另一条路径。 在进行测量之前，据说光子处于这两种状态的叠加态。 对于N的较大值，这些状态被戏称为“高NOON”态，而五个光子是迄今为止最高的NOON态。
实验物理学家伊泰·阿费克，魏茨曼研究所的研究生和该研究的合著者，解释说他的小组在分束器上混合了来自两个光源的光，以纠缠光子并分离两条路径。 分束器本质上是一面镜子，它反射一半的入射光子，允许另一半毫发无损地通过。 然而，对于正确纠缠的光子，行为是强相关的——无论光子选择遵循哪条路径，它们都会集体这样做。 “五个光子到达分束器，要么全部被反射，要么全部被透射，因此它们的行为是集体的，”阿费克说。
这种相关的行为可能具有超越巧妙量子技巧的好处。 “这些光子的集体行为就像一个‘胖光子’，”阿费克说，“而这个‘胖光子’的波长比我们使用的光的波长小N倍。” 换句话说，五光子NOON态的波长只有其纠缠光子的五分之一大小，这对于使用光学器件进行精密测量来说是一个福音。 “一般来说，短波长意味着高分辨率，”阿费克补充道。 一种依赖于波长的测量方法是干涉测量学，其中两束光之间的干涉可以揭示光束所行进路径长度的细微差异。 目前正在进行使用数公里长的干涉臂的实验，以尝试探测时空中的涟漪，即所谓的引力波。
纠缠光，由于其波长减小，甚至可以用于使用光学光刻技术在电路板上蚀刻更小的细节，但这可能不会很快应用于台式电脑。 “我应该坦诚地说——这已经被讨论了很多，但实际上应用它还有很多问题，”阿费克说。 他补充说，高分辨率显微镜可能是近期更可行的应用。
尽管魏茨曼小组已经产生了迄今为止最大的NOON态，但纠缠五个光子本身并不是一项记录。 2007年，另一个小组报告说，在一种不同的状态下纠缠了六个光子。 但阿费克指出，在那项工作中，“空间模式的数量与您正在测量的光子数量相同”——换句话说，光子可以遵循的路径不是两条，而是六条。 “我们将所有光子都塞进了两种可能的情况之一，”阿费克补充道。 “这使得它与干涉测量学更相关，因为通常您有两个臂。因此，将所有光子都放在这两个臂中很方便。”
研究人员声称，他们的NOON态可以轻松扩展以容纳更多的光子——至少在纸面上是这样。 “作为一个理论方案，它对于100个光子和五个光子都同样有效，”阿费克说。 但实际上在实验室中实现大规模纠缠绝非易事。 “这些‘胖光子’，它们越‘胖’，就越敏感——它们变得非常敏感，”他说。 “它们越大，您的设置就必须变得越完美才能观察到它们。”
阿费克承认，NOON态纠缠光子的应用似乎还相当遥远，但目前他的小组满足于研究物理学中最棘手的特性之一。 “我们试图做的是扩大这种行为，看看当系统增长时会遇到哪些困难，”阿费克说。 “当您想要获得越来越大的状态时，您真的必须满足量子力学为您设定的高标准。”