量子力學中最吸引人的一個方面是糾纏，這是一種粒子以超越經典物理的方式相互連接的現象。這種聯系使它們能夠表現出局域、預先存在的隱變量無法解釋的相關性。對糾纏的關鍵實驗測試是貝爾不等式，它對局部現實主義解釋下粒子的強相關性施加了限制。最近發表在《自然物理》的研究取得了突破，利用雙能級發射體上的光子散射證明了貝爾不等式的違反，這是我們對糾纏理解和利用的重大進步。

糾纏的本質在于相關性的非局域性。想象一下兩個糾纏的光子，比如愛麗絲和鮑勃，被巨大的距離隔開。測量一個光子的偏振會立即確定另一個光子的偏振，這取決于它們所共享的特定糾纏狀態。這種相關性是瞬間的，似乎違背了光速限制和經典物理學中預先確定的屬性的概念。

貝爾不等式由約翰·貝爾于1964年提出，為區分糾纏和局域現實主義提供了一個數學框架。局域現實主義規定，粒子具有獨立于測量的確定性質，任何相關性都是通過局域相互作用建立的。貝爾不等式對這些相關性可以有多強設置了限制。如果一個實驗持續違反了這個限制，它表明局部現實主義解釋是不充分的，糾纏是存在的。

先前對貝爾不等式違反的演示通常涉及復雜的設置，其中泵浦光子分裂成兩個糾纏光子。然而，這些方法效率低下，需要仔細控制。新方法利用了一種更簡單、更高效的技術：光子在雙能級發射器上的散射。

這種發射器，通常是量子點，可以被認為是一個微小的、具有兩個能量級的系統。當單個光子與發射器相互作用時，它主要會反射而不改變其狀態（彈性散射）。然而，如果兩個光子同時相互作用，發射器可以吸收一個光子，進行能量躍遷，然后重新發射一個不同的光子（非彈性散射）。這種相互作用會在兩個散射光子之間產生糾纏。

研究人員使用專門設計的光子波導（一種光導結構）來增強光子與發射器之間的相互作用。這種強耦合允許通過雙光子散射過程有效地生成糾纏態。

為了確認糾纏，研究人員在散射光子上使用不平衡馬赫-蔡恩德干涉儀（UMZI）進行了貝爾不等式測試。通過操縱UMZI中的路徑長度，他們可以探測光子的能量和到達時間之間的相關性。實驗結果顯著違反了CHSH（Clauser-Horne-Shimony-Holt）貝爾不等式，這是一種特定的貝爾不等式測試。這種違反在統計學上證明了光子之間的相關性不能用局域現實主義來解釋，并確認了糾纏的存在。

這一成就為量子技術的未來發展帶來了巨大的希望。雙能級發射器方法的簡單性和效率具有以下幾個優勢。它消除了對復雜設置的需求，并有可能降低能耗。此外，該方法為芯片集成打開了大門，為小型化和可擴展的量子器件鋪平了道路。

利用雙能級發射器散射成功違反貝爾不等式，是我們在利用糾纏實現實際應用的道路上邁出的關鍵一步。從量子通信和密碼學到先進的量子計算，這項研究為未來鋪平了道路，在這個未來中，量子領域的奇異和違反直覺的性質將成為技術突破的基石。