近日，中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所宣布，由該所詹明生研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用里德堡態(tài)原子的偶極-偶極相互作用，成功實(shí)現(xiàn)了一個(gè)銣-85 原子和一個(gè)銣-87 原子的量子糾纏和基于這兩個(gè)原子的量子受控非門。

詹明生研究員

雷鋒網(wǎng)了解到，該研究成果的相關(guān)工作已經(jīng)于 10 月 18 日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

根據(jù)理論推測(cè)，不同粒子間的量子糾纏廣泛存在于各種量子復(fù)合體系，包括玻色-玻色混合體系、捕光復(fù)合物和光反應(yīng)中心復(fù)合物組成的光合系統(tǒng)等。操控不同粒子間的糾纏，對(duì)于模擬和理解強(qiáng)關(guān)聯(lián)的多體相互作用體系、分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)以及多自旋相互作用體系中量子位相的傳輸?shù)榷加兄浅Ｖ匾囊饬x。而通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同種粒子的量子糾纏是基礎(chǔ)且關(guān)鍵的一步。

在該推測(cè)的啟發(fā)下，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)并獲得成功。研究組許鵬副研究員和博士生曾勇等人在前期完成的異核單原子囚禁的基礎(chǔ)上，利用 480 納米和 780 納米的激光將銣原子相干激發(fā)到了到主量子數(shù)為 79 的高里德堡態(tài)。他們充分利用銣-85 和銣-87 在光譜頻率上的差別，在原子間距在 3.8 微米時(shí)依然實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)原子的尋址及完備操控。

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，相比同種原子體系，他們實(shí)現(xiàn)了更為優(yōu)越的串?dāng)_抑制，更強(qiáng)的里德堡態(tài)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(chǔ)上，他們首次實(shí)現(xiàn)了異核原子間的量子受控非門和量子糾纏。

這項(xiàng)工作的意義是：它不僅展示了異核體系在尋址和抑制原子間操作串?dāng)_方面的優(yōu)勢(shì)，從而推進(jìn)多組份原子的量子計(jì)算方案；而且為基于異核里德堡原子體系模擬復(fù)雜自旋相互作用模型鋪平了道路。該工作結(jié)合原有的同種原子量子門操控手段，奠定了多組份相互作用體系量子操控的基礎(chǔ)。

據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，這項(xiàng)研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目的資助。而《物理評(píng)論快報(bào)》作為世界著名的物理學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)周刊，它對(duì)該研究工作的發(fā)表也說明了這項(xiàng)成果已經(jīng)得到國(guó)際認(rèn)可。

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