中美科研人员合作首次制备单原子间量子纠缠态

2020-05-26

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中新网合肥5月25日电 (记者吴兰) 中美科研人员近日联手在分子的量子纠缠研究取得重要进展。

中国科学技术大学25日消息，该校杜江峰院士领导的中科院微观磁共振重点实验室与美国国家标准技术研究所合作，首次制备了单原子和单分子之间的量子纠缠态，并且通过定量表征手段，确定产生的量子纠缠超过临界阈值。

该研究成果近日在线发表在《自然》上。据介绍，这项成果对于未来考虑使用分子进行量子信息处理有重要推动作用。

目前有多种体系可用于探索实现量子传感和量子信息处理。其中，分子作为多个原子组成的系统，原子集团可以转动和发生振动，由此带来独特的属性。

最近国内外对于分子的研究有长足发展，在信息处理方面取得一系列突破，包括对分子的束缚和冷却，分子的量子信息高质量读出，大量分子之间量子纠缠的探索，以及高精度的分子测谱等。真空中束缚的单个分子尺度的研究也急速发展，有从两个束缚原子生成单个分子，单分子与单原子相互作用等重要进展。

在该项研究工作中，通过在离子阱体系束缚带电的钙原子和氢化钙分子，使用激光调控制备出他们之间的纠缠态。

为了展示分子状态的频率跨度，实验中选取了转动能量靠近的一对转动态作为比特，频率间隔分别为13.4kHz(约每秒一万次)以及间隔为855GHz(每秒近万亿次)，分别使用激光脉冲定量演示与原子产生纠缠。

实验中通过一些列复杂的激光脉冲序列，使得譬如高转动能量的分子的成分引发原子受激发到高能量状态，产生所需的量子关联——纠缠态。最后，通过观察不同情况下原子和分子协同的状态关联，可以整合所有信息成一个范围在0到1之间的值，超过0.5的阈值即表示纠缠态的出现。实验中测得的数值在误差范围内远高出这个阈值，表明纠缠态的产生。

据了解，中科院微观磁共振重点实验室从2000年起一直从事自旋相关的量子计算研究，保持着使用量子算法完成最大整数的质因数分解、室温固态体系最高精度量子逻辑门控制等世界纪录。

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