在电影《蚁人与黄蜂女》中，当蚁人缩小到亚原子大小时，黄蜂女珍妮特·范·戴恩开始从远处向他的脑海中植入信息。据《NBC 采访》报道，量子纠缠启发了这一情节——这是一种两种微小粒子在远距离共享信息现象。
Monika Schleier-Smith，一位实验物理学家，斯坦福大学副教授，在她的实验室中纠缠原子，以提出一些宏大的问题，例如：引力是如何运作的？信息落入黑洞后会发生什么？量子计算可以帮助我们解决哪些问题？
量子物理学家研究原子大小的粒子如何相互作用。在这个尺度上，经典的物理学定律失效，会出现量子纠缠等反直的现象。
Schleier-Smith 将纠缠比作抛硬币。结果是随机的。一半时间你会得到正面，一半时间你会得到反面。但想象一下，如果另一个人也在抛硬币，每次你得到正面时，他们也得到正面；每次你得到反面时，他们也得到反面。“那将是真的很奇怪，对吧？”Schleier-Smith 说。
这就是量子纠缠——随机性中的相关性。原子可以存储关于磁自旋的信息，虽然任何原子的自旋似乎都是随机的，但它们可以与其他网络中的原子同步它们的自旋。
在相关性中存储信息使量子系统复杂化，但也更强大。“如果我只有几十个量子比特，我就无法在任何经典计算机上描述这个系统。这对我来说很迷人，因为量子系统拥有一种经典系统所不具备的力量，”Schleier-Smith 说。
控制纠缠网络可以扩展其应用。有些原子只与周围的原子相互作用。Schleier-Smith 通过控制哪些原子相互作用，并构建原子可以远程纠缠的系统来推进该领域。
她将此比作互联网。“过去，你主要与隔壁的邻居交谈，或者在你现实生活中偶然遇到的人交谈。但如今，我们经常进行 Zoom 通话，”Schleier-Smith 在一次 Zoom 采访中说道。“在这种情况下，我们只需拨号即可连接，横跨大陆。这改变了信息传输的方式。我们正在实验室中为量子系统做同样的事情。”
在 Schleier-Smith 的实验室里，她将原子冷却到接近绝对零度。在让它们进入静止状态后，原子会交换光子，以相互沟通它们的磁态。
这些原子就像条形磁铁。原子可以有一个指向上或指向下的北极。任何给定原子的磁态都是随机的，但 Schleier-Smith 可以用高度可调的激光照射它们，并在随机性中产生相关性。
激光会使原子发射光子信使。当光子撞击另一个原子时，信号原子和接收原子会以相反的磁态纠缠。一个原子的磁极指向上，而另一个指向下。通过调整激光的强度和波长，Schleier-Smith 可以控制哪些原子会纠缠，哪些不会。
在实验室中定制纠缠网络的能力是革命性的。它允许 Schleier-Smith 模拟以前无法测试的数学理论。例如，她正在进行的实验正在测试一种新的量子引力理论——这项实验可能会调和爱因斯坦的广义相对论与量子力学。
在可调谐量子系统出现之前，没有简单的方法来测试量子引力理论。“你需要一个巨大的系统，这样引力才会起作用，但同时又是一个微观系统，这样它才能受量子力学支配，”Schleier-Smith 说。“理论有时是在畅想那些似乎远远超出现实实验的东西。”
通过仔细控制实验室中的纠缠原子，Schleier-Smith 可以测试是否出现了类似引力的东西。“通过模拟，我们可以在实验室中构建与理论概念相联系的系统，”她说。
Schleier-Smith 的最终目标是增进我们对量子力学和纠缠的基本理解。她希望她的发现能够带来实际效益，同时也能加深我们对宇宙的理解。
“希望的一部分是，我们会在实验室的发现中感到惊喜，或许还能找到我们尚未梦想到的量子系统的新应用。”
