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量子糾纏是一種現象，其中兩個或多個粒子透過某種瞬時連線共享相關的屬性，這是一項棘手的技術。 糾纏兩個粒子的量子力學鍵非常脆弱，可能被任何數量的外部擾動破壞。 嘗試糾纏三個粒子，系統就會變得更容易受到干擾。
儘管如此，物理學家們仍在努力糾纏更大的系統，最終目標是在大量粒子中利用量子效應進行計算、通訊或超精密測量。 5月14日出版的《科學》雜誌上的一篇論文報道了在這項探索中取得的進展，以實驗裝置的形式，該裝置糾纏了五個光子。 研究人員來自以色列雷霍沃特的魏茨曼科學研究所，誘導光子進入所謂的NOON態，在這種狀態下，粒子有兩個可能的路徑可供選擇，但集體只遵循其中一條。
NOON是兩種可能狀態N0和0N的縮寫，這表示N個光子遵循一條路徑，而零個光子遵循另一條路徑。 在進行測量之前，據說光子處於這兩種狀態的疊加態。 對於N的較大值，這些狀態被戲稱為“高NOON”態，而五個光子是迄今為止最高的NOON態。
實驗物理學家伊泰·阿費克，魏茨曼研究所的研究生和該研究的合著者，解釋說他的小組在分束器上混合了來自兩個光源的光，以糾纏光子並分離兩條路徑。 分束器本質上是一面鏡子，它反射一半的入射光子，允許另一半毫髮無損地透過。 然而，對於正確糾纏的光子，行為是強相關的——無論光子選擇遵循哪條路徑，它們都會集體這樣做。 “五個光子到達分束器，要麼全部被反射，要麼全部被透射，因此它們的行為是集體的，”阿費克說。
這種相關的行為可能具有超越巧妙量子技巧的好處。 “這些光子的集體行為就像一個‘胖光子’，”阿費克說，“而這個‘胖光子’的波長比我們使用的光的波長小N倍。” 換句話說，五光子NOON態的波長只有其糾纏光子的五分之一大小，這對於使用光學器件進行精密測量來說是一個福音。 “一般來說，短波長意味著高解析度，”阿費克補充道。 一種依賴於波長的測量方法是干涉測量學，其中兩束光之間的干涉可以揭示光束所行進路徑長度的細微差異。 目前正在進行使用數公里長的干涉臂的實驗，以嘗試探測時空中的漣漪，即所謂的引力波。
糾纏光，由於其波長減小，甚至可以用於使用光學光刻技術在電路板上蝕刻更小的細節，但這可能不會很快應用於臺式電腦。 “我應該坦誠地說——這已經被討論了很多，但實際上應用它還有很多問題，”阿費克說。 他補充說，高解析度顯微鏡可能是近期更可行的應用。
儘管魏茨曼小組已經產生了迄今為止最大的NOON態，但糾纏五個光子本身並不是一項記錄。 2007年，另一個小組報告說，在一種不同的狀態下糾纏了六個光子。 但阿費克指出，在那項工作中，“空間模式的數量與您正在測量的光子數量相同”——換句話說，光子可以遵循的路徑不是兩條，而是六條。 “我們將所有光子都塞進了兩種可能的情況之一，”阿費克補充道。 “這使得它與干涉測量學更相關，因為通常您有兩個臂。因此，將所有光子都放在這兩個臂中很方便。”
研究人員聲稱，他們的NOON態可以輕鬆擴充套件以容納更多的光子——至少在紙面上是這樣。 “作為一個理論方案，它對於100個光子和五個光子都同樣有效，”阿費克說。 但實際上在實驗室中實現大規模糾纏絕非易事。 “這些‘胖光子’，它們越‘胖’，就越敏感——它們變得非常敏感，”他說。 “它們越大，您的設定就必須變得越完美才能觀察到它們。”
阿費克承認，NOON態糾纏光子的應用似乎還相當遙遠，但目前他的小組滿足於研究物理學中最棘手的特性之一。 “我們試圖做的是擴大這種行為，看看當系統增長時會遇到哪些困難，”阿費克說。 “當您想要獲得越來越大的狀態時，您真的必須滿足量子力學為您設定的高標準。”