中國(guó)科學(xué)家成功制備出可擴(kuò)展多原子糾纏態(tài)

中新社合肥9月6日電 (記者 吳蘭)記者6日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國(guó)科學(xué)家近日成功制備出一種可擴(kuò)展多原子糾纏態(tài)，平均保真度為95.6%，壽命為2.2秒。

這項(xiàng)研究成果近日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)。據(jù)悉，該成果由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、苑震生教授等與清華大學(xué)馬雄峰副教授、復(fù)旦大學(xué)周游副研究員合作實(shí)現(xiàn)，向制備和測(cè)控大規(guī)模中性原子糾纏態(tài)邁出重要一步。

6日，苑震生教授接受記者采訪時(shí)說(shuō)：“2.2秒是制備的每對(duì)原子糾纏態(tài)的壽命，指的是其保真度從100%降到37%時(shí)所用的時(shí)間。相同實(shí)驗(yàn)條件下，這個(gè)壽命越長(zhǎng)，越有利于像搭積木一樣把多對(duì)糾纏態(tài)連接到一起，組成一個(gè)大的糾纏態(tài)、同時(shí)還保持足夠好的糾纏品質(zhì)?！?/p>

量子糾纏是量子計(jì)算的核心資源，量子計(jì)算的能力將隨糾纏比特?cái)?shù)目的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng)。因而，大規(guī)模糾纏態(tài)的制備、測(cè)量和相干操控是該研究領(lǐng)域的核心問(wèn)題。在實(shí)現(xiàn)量子比特的眾多物理體系中，光晶格中的超冷原子比特具備良好的相干性、可擴(kuò)展性和高精度的量子操控性，成為實(shí)現(xiàn)量子信息處理的理想物理體系之一。

自2010年開(kāi)始，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了光晶格中原子的多體相變、原子相互作用等，并于2020年實(shí)現(xiàn)糾纏保真度為99.3%的1000多對(duì)原子糾纏態(tài)。這一系列研究工作為連接擴(kuò)展成更大的多原子糾纏態(tài)進(jìn)而開(kāi)展量子計(jì)算研究打下基礎(chǔ)。

但是，在之前的工作中，由于技術(shù)上對(duì)單原子比特操控能力仍然不足、缺乏多原子糾纏判定等有效方法，進(jìn)一步連接糾纏對(duì)和測(cè)控多原子糾纏態(tài)遇到了瓶頸問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，潘建偉、苑震生團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型的超晶格系統(tǒng)，并集成實(shí)現(xiàn)了晶格相位長(zhǎng)期穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)取得了填充率為99.2%的原子二維陣列的制備及原位觀測(cè)，選擇其中49對(duì)原子制備了糾纏貝爾態(tài)，平均保真度為95.6%，壽命為2.2秒。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步使用糾纏門(mén)將相鄰糾纏對(duì)連接起來(lái)，制備了10原子一維糾纏鏈和8原子二維糾纏塊，首次突破了光晶格中原子糾纏對(duì)連接和多原子糾纏判定的瓶頸，為開(kāi)展更大規(guī)模的光晶格量子計(jì)算和模擬打下基礎(chǔ)。

審稿專家認(rèn)為，此工作向使用光晶格體系開(kāi)展基于測(cè)量的量子計(jì)算邁出了重要一步。(完)

來(lái)源：中新社