单光子预示的三千原子的负Wigner函数纠缠

多粒子的量子力学关联（纠缠）态在量子信息、量子计算和量子计量中引人关注。大原子系综中具计量有用性的纠缠态已在实验上实现，但这些态展现出具非负Wigner函数的高斯自旋分布函数。非高斯纠缠态已在小离子系综中产生，且最近在大型原子系综中也有产生。本文中，我们通过与极弱激光脉冲的相互作用在大型原子系综中产生纠缠；引人注目的是，单个光子的探测将数千个原子制备于纠缠态中。我们重构了负值Wigner函数——非经典性的重要标志——并验证了3100个原子中2910(190)个原子的纠缠深度（相互纠缠原子的最小数目）。这是首次在包含多于几个粒子的系综中实现负Wigner函数或几乎所有原子的相互纠缠。虽然所实现的状态纯度略低于纠缠诱导计量增益的阈值，进一步的技改应允许产生超越该阈值的状态，以及用于量子计量和信息处理的更复杂的薛定谔猫态。更一般地，我们的结果展示了预示方法用于纠缠产生的威力，并阐明单个光子所含信息如何剧烈改变大系统的量子态。