據《自然·光子學》期刊發表的一項最新研究顯示：量子糾纏顯著提高了傳感器的精度，這些傳感器可以在沒有GPS的情況下進行導航。這讓令愛因斯坦感到不安的“遠距離幽靈般的動作”這一神秘現象，逐漸變得平淡無奇。

量子糾纏的特殊耦合現象

所謂量子糾纏（quantum entanglement），是指量子力學中的一種奇特現象，它是發生在粒子之間的一種特殊耦合。當兩個或多個基本粒子處于糾纏態時，它們之間的狀態是相互依存的，我們無法單獨描述某個粒子的性質，只能描述整體系統的性質的現象。無論粒子之間的距離有多遠，即便是相隔著整個宇宙，一方的測量結果也會影響另一方的狀態，甚至能夠在瞬間傳遞信息。

量子糾纏這種看似矛盾和反直覺的行為已在許多實驗中得到證實，并被認為是量子力學最迷人和神秘的方面之一。關于量子糾纏的研究在量子信息和量子通信領域得到了廣泛的應用，如量子密碼、量子密鑰分發等。

量子糾纏與光機械傳感器

通過對亞利桑那大學完成的實驗的結果分析，“通過量子糾纏，不僅提高了測量靈敏度，也提高了測量的速度。”密歇根大學電氣和計算機工程系副教授Zheshen Zhang介紹，實驗使用光束對干擾進行響應。通過光學機械傳感器測量干擾機械傳感裝置的力，而機械傳感裝置會響應地移動；然后用光波測量該運動。

光機械傳感器的機制依賴于兩個同步的激光束。一束光束被稱為振蕩器的組件反射，振蕩器的任何運動都會改變光在到達檢測器的途中傳播的距離。當第二條光束與第一條光束重疊時，任何此類行進距離差異都會顯現出來。如果傳感器靜止不動，則兩個光束完全對齊；如果傳感器移動，重疊的光波會產生干涉圖案，可透露出傳感器運動的大小和速度。

在這個過程中，量子糾纏可以使光機械傳感器比目前使用的慣性傳感器更精確。它還可以使光機械傳感器尋找非常微妙的力量，如識別暗物質的存在。作為一種不可見的物質，暗物質被認為占宇宙中所有物質總量的六分之五，檢測它可能產生的引力效應可以幫助科學家弄清楚它的性質。

量子傳感器的應用前景

“以前我們對量子增強光機械傳感的研究，主要集中在提高單個傳感器的靈敏度上。”亞利桑那大學圖森分校的量子物理學家 Yi Xia 表示，“最近的理論和實驗研究表明，糾纏可以大幅提高多個傳感器之間的靈敏度，這種方法被稱為分布式量子傳感。”另外，量子糾纏雖然無視距離，但也極易受到外界干擾。量子傳感器則可以利用這種敏感性來幫助檢測周圍環境中最輕微的干擾。

“我們的愿景是在自動駕駛車輛和航天器中部署此類集成傳感器，可以在沒有 GPS 信號的情況下實現精確導航。”Zheshen Zhang 表示，在未來一兩年內，科學家們有望擁有原型芯片，其中包括壓縮光源、分束器、波導和慣性傳感器；而這將使這項技術更實用、更實惠、更容易獲取。