每經編輯｜李澤(ze)東    

據光明日報，近日，中國科學技術大學潘建偉院士、苑震生教授等與清華大學馬雄峰副教授、復旦大學周游副研究員合作，使用光晶格中束縛的超冷原子，通過制備二維原子陣列、產生原子比特糾纏對、連接糾纏對的分步擴展方式制備了多原子糾纏態，并通過顯微學技術調控和觀測了其糾纏性質，向制備和測控大規模中性原子糾纏態邁出重要一步。這項研究成果近日發表于《物理評論快報》。

量子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)(chan)是量子(zi)(zi)計算(suan)的(de)(de)(de)核心資源，量子(zi)(zi)計算(suan)的(de)(de)(de)能力將(jiang)隨糾(jiu)纏(chan)(chan)比特(te)數目的(de)(de)(de)增長呈指數增長。因而，大規模糾(jiu)纏(chan)(chan)態的(de)(de)(de)制備、測量和(he)相(xiang)干(gan)操控(kong)(kong)是該研(yan)究(jiu)領域(yu)的(de)(de)(de)核心問(wen)題。在實現量子(zi)(zi)比特(te)的(de)(de)(de)眾多物理(li)(li)體系(xi)中，光(guang)晶格中的(de)(de)(de)超冷原子(zi)(zi)比特(te)具備良好的(de)(de)(de)相(xiang)干(gan)性(xing)、可擴(kuo)展性(xing)和(he)高精度(du)的(de)(de)(de)量子(zi)(zi)操控(kong)(kong)性(xing)，成為實現量子(zi)(zi)信息處理(li)(li)的(de)(de)(de)理(li)(li)想物理(li)(li)體系(xi)之一。

但(dan)是，由于(yu)技術上對(dui)單原(yuan)子比特操控能力仍(reng)然不足、光晶(jing)格相位漂移較大、缺乏多原(yuan)子糾纏判定(ding)的有效方法，進一步連接糾纏對(dui)和(he)測控多原(yuan)子糾纏態遇到了瓶頸問題。

為(wei)解決上述問題，潘建偉、苑震生團隊(dui)研(yan)發(fa)了(le)一種新型的(de)等臂交(jiao)叉束干涉(she)、自旋依賴(lai)超(chao)晶格(ge)系統，并集成了(le)自主(zhu)研(yan)發(fa)的(de)單(dan)格(ge)點(dian)分辨(bian)、寬波(bo)段消(xiao)色差(cha)的(de)量子氣體(ti)顯微鏡和(he)多套(tao)用于光斑形狀(zhuang)編輯的(de)數字微鏡，兼具(ju)多原(yuan)子全局并行和(he)局域單(dan)格(ge)點(dian)測控的(de)能力，且實(shi)現了(le)晶格(ge)相位長(chang)期穩定。

在此基(ji)礎(chu)上，該團隊取得(de)了填(tian)充率為(wei)99.2%的原(yuan)(yuan)子二維陣列的制(zhi)備(bei)及原(yuan)(yuan)位(wei)觀測，選(xuan)擇其中49對原(yuan)(yuan)子制(zhi)備(bei)了糾纏貝爾態，平均保真度為(wei)95.6%，壽命為(wei)2.2秒。

研究人員使用糾(jiu)纏(chan)(chan)門(men)將相鄰糾(jiu)纏(chan)(chan)對連接(jie)起來(lai)，制備(bei)了10原(yuan)子(zi)(zi)一維糾(jiu)纏(chan)(chan)鏈和(he)(he)8原(yuan)子(zi)(zi)二(er)維糾(jiu)纏(chan)(chan)塊，首次(ci)突破(po)了光晶格中原(yuan)子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)(chan)對連接(jie)和(he)(he)多(duo)原(yuan)子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)(chan)判定的(de)瓶頸，為開展更大(da)規模(mo)的(de)光晶格量(liang)子(zi)(zi)計算和(he)(he)模(mo)擬打下(xia)基礎。

另據新華社報道，自2010年開始，中國科大研究(jiu)團隊系(xi)統(tong)研究(jiu)了光(guang)晶(jing)格中原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)的多(duo)體相變(bian)、原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)相互作用、熵分布動力學等，并于2020年實現糾(jiu)纏保真度為99.3%的1000多(duo)對(dui)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)糾(jiu)纏態。但是，由于技(ji)術上對(dui)單原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)比(bi)特的操控仍不足，光(guang)晶(jing)格相位漂移較大，缺乏多(duo)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)糾(jiu)纏判定的有效方法，進一步連(lian)接(jie)糾(jiu)纏對(dui)和測(ce)控多(duo)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)(zi)糾(jiu)纏態遇到瓶頸(jing)。

《物理評論快報》高度評價該(gai)成果，審稿(gao)專家(jia)認為：“此工作向使用光晶格體系(xi)開展(zhan)基于(yu)測量(liang)的量(liang)子計算邁出重要一步。”

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