量子纠缠是电子或原子等微观物体失去其个体性而变得更好地相互协调的过程。量子纠缠是量子技术的核心，该技术有望在计算、通信和传感(例如探测引力波)方面取得巨大进步。

纠缠态是出了名的脆弱，在大多数情况下，即使是一个微小的扰动也会破坏纠缠态。由于这个原因，目前的量子技术花了很大力气来分离它们所使用的微观系统，并且通常在接近绝对零度的温度下工作。相比之下，一组科学家团队在最近的一次实验中，将一组原子加热到450开尔文，比量子技术中使用的大多数原子要热数百万倍。此外，单个原子绝不是孤立的，它们每隔几微秒就会相互碰撞一次，每次碰撞都会使它们的电子向随机的方向旋转。

研究人员使用激光来监测这种高温混沌气体的磁化。磁化是由原子中的自旋电子引起的，为研究碰撞效应和探测纠缠提供了一种方法。研究人员观察到的是大量的相互纠缠的原子，比以前观察到的要多100倍。他们还发现，这种纠缠是非局域的，它涉及的原子彼此并不靠近。在任何两个纠缠的原子之间，都有成千上万的其他原子，其中许多原子还与其他原子纠缠在一起，处于巨大、炽热而混乱的纠缠状态。

研究人员说：“如果我们停止测量，纠缠会持续大约1毫秒，这意味着每秒1000次，一批新的15万亿原子会被纠缠。你一定认为1毫秒对于原子来说是很长的时间，足够长到发生50次随机碰撞。这清楚地表明纠缠不是被这些随机事件所破坏的。这可能是这项研究最令人惊讶的结果。”

对这种热而混乱的纠缠态的观测为超灵敏的磁场探测铺平了道路。例如，在脑磁成像(磁脑成像)中，新一代的传感器使用同样的高温、高密度的原子气体来检测大脑活动产生的磁场。新的结果表明，缠结可以提高该技术的灵敏度，在基础脑科学和神经外科中有应用。

该研究的领导者说：“这一结果令人惊讶，与所有人所期待的‘纠缠’完全不同。我们希望这种巨大的纠缠态将使传感器在大脑成像、自动驾驶汽车和暗物质搜索等应用中表现更好。”

自旋单线态是一种缠结形式，其中多个粒子的自旋加起来为0，这意味着系统的总角动量为0。在这项研究中，研究人员应用量子非破坏(QND)测量来提取数万亿个原子的自旋信息。

该技术通过原子气体传递具有特定能量的激光光子。具有这种精确能量的光子不会激发原子，但它们自身会受到碰撞的影响。原子的自旋像磁铁一样使光的偏振发生旋转。通过测量光子穿过云后的偏振变化，研究人员能够确定原子气体的总自旋。

当前的磁强计工作在一种称为SERF的状态下，远离研究人员通常用来研究纠缠原子的接近绝对零的温度。在这种情况下，任何原子都会与其他相邻原子发生多次随机碰撞，从而使碰撞成为对原子状态最重要的影响。

此外，由于它们是在热介质中而不是在超冷介质中，碰撞会迅速使任何给定原子中电子的自旋随机化。令人惊讶的是，实验表明，这种扰动并没有破坏纠缠态，它只是将纠缠从一个原子传递到另一个原子。