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中科院武漢物數所發表重要成果:首次實現異核原子間量子糾纏

11月
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2017

2017年11月22日05時 今日科學 文匯網

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中國科學院武漢物理與數學研究所詹明生研究員領導的研究團隊利用里德堡態原子的偶極—偶極相互作用,成功實現了一個銣-85原子和一個銣-87原子的量子糾纏和基於這兩個原子的量子受控非門。相關論文發表在最新一期的物理學頂級學術期刊《物理評論快報》上。

量子糾纏是指兩個(或多個)粒子共同組成的量子狀態,無論粒子之間相隔多遠,測量其中一個粒子必然會影響其它粒子,也被稱為「量子力學非定域性」。

理論推測,不同種類粒子之間的量子糾纏應該廣泛存在於各種量子複合體系之中,然而在實驗上操控兩個粒子並實現不同種類粒子的量子糾纏並不容易,之前只在兩個離子之間做到過。

詹明生解釋,與離子不同,中性冷原子體系在模擬和理解強關聯的多體相互作用、分數量子霍爾態及多自旋相互作用、量子信息比特擴展等重要問題中有獨特優勢,但因為原子之間的相互作用弱,操控不同種類原子間的確定性糾纏存在極大挑戰。

該研究團隊副研究員許鵬和博士生曾勇等人在前期完成的異核單原子囚禁的基礎上,把銣原子相干激發到了主量子數為79的高里德堡態(原子或分子的一種狀態)。

同時,利用銣-85和銣-87在光譜頻率上的差別,在原子間距為3.8微米時依然實現了對單個原子的尋址及完備操控。

詹明生介紹,相比同種原子體系,此次研究實現了更為優越的串擾抑制,更強的里德堡態原子間的偶極—偶極相互作用和更高效的里德堡阻塞。在此基礎上,他的研究團隊在國際上首次實現了異核原子間的量子受控非門和量子糾纏。

據介紹,該工作不僅展示了異核體系在尋址和抑制原子間操作串擾方面的優勢,從而推進基於多組份原子的量子計算與量子模擬方案的實現,而且開啟了多組份相互作用體系量子操控的大門。

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