量子物理经常被定义为微观物理——想想原子，电子和光子有多小就知道了。
但是我们已经能在宏观的尺度上，演示那些古怪量子物理现象中的一个了。今天在《自然》（Nature）发表的一篇文章中，我们描述了由数十亿原子组成物体之间产生量子纠缠现象的过程。
纠缠态是指，两个相隔任意距离的物体之间似乎还存在着某种神秘的联系：对其中一个物体的测量，可以影响到对另一个物体的测量——爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用（spooky action at a distance）”。
纠缠现象曾在微观程度上被实现过，比如说光子，离子和电子自旋都曾被用来演示这一现象。然而，在将量子纠缠现象搬到更大的层面上时，我们还面临着许多挑战。
在我介绍这些问题如何被解决前，我还需要介绍更多的量子物理。
物体的尺度
在量子物理中，大小真的有那么重要吗？大概吧。但事实上，在量子力学的公式中并没有表明对尺寸的限制。
那么，究竟是什么决定了物体的表现，是遵循量子力学的奇怪定律，还是经典物理中我们熟悉的定律呢？
有两个在观察物体的量子行为时至关重要的条件。
第一个是孤立封闭化。系统外的世界充满了“喧闹与嘈杂”，比如说其他的物质和辐射。如果能够把研究对象从中孤立出来，那么它就可以根据量子力学最简单的规则演化。
一个无法从外界嘈杂环境中独立出来的物体对应的量子力学计算极为复杂，无法完成。因此，它的运动可以由我们更加熟悉的经典物理的规则描述。
扔一个球，它的轨迹很容易预测；它并不会像在量子物理中那样弥散开来。在动能全部转化完之前，一块滚动的大石头会一直沿着山丘滚上去；它不可能像量子隧道效应描述的那样，一下子出现在山丘的另一边。
第二个条件是频率，也就是一个限定物体振动的速度。量子行为往往出现在物体能量（与震动的频率相关）超过环境能量（与温度相关）的时候。
就算被研究的对象从环境中被孤立出来了，一般也不是完全孤立，所以对研究对象环境的特性还是有要求的。
拿光来打个比方。光子和其他的光子只有微弱的相互作用，所以在近乎真空中传播的光算是一个不错的孤立系统了。这是第一个条件。
那频率呢?可见光的电场和磁场每秒钟大概振动6
1014次。那么在这个例子中，光子所携带的能量显然大大超出周围热环境可能达到的能量了。孤立原子的电子能级也有类似的性质。所以，越小的物体越容易满足观察到量子现象的两个先决条件。
把尺度变大点
接下来我们关注一些更大的物体。与其纠结在光的电磁场和原子的电子层面上，不如把眼光放到宏观可视的物体上。这之后，我们还能观察到物体的量子行为吗？
根据我们今天的报告，答案是，可以。
最近在芬兰阿尔托大学（Aalto University），Mika Sillanpää教授的实验室中，我们微型加工了几个可振动的圆形膜，就像鼓膜一样。
每一张膜大概有头发那么宽，同时，我们在它们呈现量子纠缠现象的状态时对它们进行测量。
通过小心地驱动连接着两张鼓膜的超导电路，两张鼓膜首先被置于纠缠态中。
虽然对人类来说，这些鼓膜还是很小，但与原子相比已经很大了——每个鼓膜都由数万亿个原子组成。
这些鼓膜是能够实现纠缠态的最大物体，而这个实验也许也是最接近爱因斯坦，Podolsky和Rosen著名的思想实验的现实版了。这个思想实验在1935年被提出，第一次研究了那个后来被叫做纠缠的现象。
我们为什么要做这个实验呢
那么我们为什么要花大量的时间与经历，把这一量子物理现象在宏观尺度上展现出来呢？有两个原因：一个是出于理论基础的原因，另一个是出于应用的原因。
对于理论基础而言，这个实验告诉我们量子物理同样适用于宏观的事物。
不过当实验对象的大小和质量继续增加时，这一现象还会存在吗？我们无从得知。
不过，用大质量物体进行的桌面实验，使这个问题的解答成为可能。
从应用的角度来说，有人可能会问：在这个电子时代，机械量子系统又能做什么呢？然而机械系统其实比人们认为的要更常见。
不起眼的石英摆仍是时钟的关键技术。表面是利用原子力显微镜绘成的，而原子力显微镜基本上就是一根能偏光的悬臂。通过激光观测吊镜的运动，就可以观测到引力波了。
可以想见，量子控制机械在这些过程中都有优势，机械系统还有另一个好处：它们会动，所以既适用于微波，又适用于光。
量子通信系统的实现需要光在光导纤维或自由空间中传播，与此同时，未来量子计算机的处理能力可能还得依赖于低温实验环境中的微波。
机械系统可以运作为这些不同环境之间的媒介，从而帮助量子网络的实现。
虽然现在还很难说这些实验究竟会把未来引向何处，但很明显，大质量量子机器的时代已经到来，并将停驻。
作者简介：
Matt Woolley：UNSW电气工程高级讲师
（翻译：费哲妮；审校：刘博尧）
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