来自苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）光子学实验室和巴塞罗那光子科学研究所的研究人员在量子物理学领域取得了重大进展，他们成功地在光学陷阱中控制了一个悬浮的二氧化硅纳米颗粒的量子退域（quantum delocalization）。这项发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上的实验，是探索量子力学极限及其潜在技术应用的关键一步。
在理想条件下，悬浮纳米颗粒的量子相干长度（coherence length）受零点运动的限制，这使得在大尺寸物体中观察量子干涉变得困难。研究团队通过一种受控膨胀的方法克服了这一障碍，他们采用了一种调制的激光捕获系统，能够以微秒级的时间间隔“软化”和“硬化”光阱。这种创新的方法使得相干长度增加了三倍多，从最初的约21皮米（picometers）增加到最佳情况下的70皮米以上。相干长度对于粒子表现出量子干涉至关重要；更长的相干长度增加了系统展现这种波动行为的概率。
尽管目前实现的数值仍然很小，但它们证明了在不损失量子纯度的情况下实现受控膨胀是可能的。这一进步为探索以前仅在原子或分子系统中观察到的现象开辟了新的途径，使量子力学更接近宏观世界。这项技术在开发量子力学传感器方面也具有潜在的应用，一个高度相干的纳米颗粒可以检测到电场或引力场的微小变化，其精度有望超越当前的技术水平。
此外，这项研究还为探索量子力学与引力之间的联系开辟了新途径，这是一个仍处于实验探索阶段的领域。有理论提出，两个退域的量子质量体可以产生引力纠缠。本研究中描述的方法代表了实现这些想法的初步步骤。这项成就与光学悬浮纳米颗粒领域的其他进展相辅相成，例如，欧洲研究理事会（European Research Council）资助的QnanoMECA项目成功地降低了量子纳米机械振荡器的机械能，使其更接近单个声子的量子状态。这些进步可能有助于开发新一代用于导航和地震学的高端机械传感器。
总而言之，控制悬浮纳米颗粒的量子退域能力标志着在宏观尺度上理解和应用量子力学方面取得了重大飞跃，为基础研究和先进量子技术的发展开启了新的可能性。