中國科學(xué)家成功制備出可擴展多原子糾纏態(tài)

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

這項研究成果近日發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。據(jù)悉，該成果由中國科學(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現(xiàn)，向制備和測控大規(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說：“2.2秒是制備的每對原子糾纏態(tài)的壽命，指的是其保真度從100%降到37%時所用的時間。相同實驗條件下，這個壽命越長，越有利于像搭積木一樣把多對糾纏態(tài)連接到一起，組成一個大的糾纏態(tài)、同時還保持足夠好的糾纏品質(zhì)。”

量子糾纏是量子計算的核心資源，量子計算的能力將隨糾纏比特數(shù)目的增長呈指數(shù)增長。因而，大規(guī)模糾纏態(tài)的制備、測量和相干操控是該研究領(lǐng)域的核心問題。在實現(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、可擴展性和高精度的量子操控性，成為實現(xiàn)量子信息處理的理想物理體系之一。

自2010年開始，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團隊系統(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年實現(xiàn)糾纏保真度為99.3%的1000多對原子糾纏態(tài)。這一系列研究工作為連接擴展成更大的多原子糾纏態(tài)進而開展量子計算研究打下基礎(chǔ)。

但是，在之前的工作中，由于技術(shù)上對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，進一步連接糾纏對和測控多原子糾纏態(tài)遇到了瓶頸問題。

為解決上述問題，潘建偉、苑震生團隊研發(fā)了一種新型的超晶格系統(tǒng)，并集成實現(xiàn)了晶格相位長期穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，該團隊取得了填充率為99.2%的原子二維陣列的制備及原位觀測，選擇其中49對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。

研究團隊進一步使用糾纏門將相鄰糾纏對連接起來，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連接和多原子糾纏判定的瓶頸，為開展更大規(guī)模的光晶格量子計算和模擬打下基礎(chǔ)。

審稿專家認為，此工作向使用光晶格體系開展基于測量的量子計算邁出了重要一步。(完)

來源：中新社