清華大學(xué)段路明研究組首次實現(xiàn)25個獨立量子接口之間的量子糾纏
清華大學(xué)段路明研究組首次實現(xiàn)25個獨立量子接口之間的量子糾纏
2018年04月23日 瀏覽次數(shù): 0
清華大學(xué)交叉信息研究院段路明教授研究組在量子信息領(lǐng)域取得重要進展，首次實現(xiàn)了25個量子接口之間的量子糾纏。相比于先前加州理工學(xué)院研究組保持的4個量子接口之間糾纏的世界紀(jì)錄，糾纏的量子接口數(shù)目提高了約６倍。該成果的研究論文“25個可獨立操控的量子接口之間糾纏的實驗實現(xiàn)”（“Experimental entanglement of 25 individually accessible atomic quantum interfaces”），近日發(fā)表于《科學(xué)》子刊《科學(xué)?進展》（《Science Advances》）上。
圖1：在二維原子系綜量子接口陣列之間產(chǎn)生和驗證量子糾纏的實驗裝置圖
量子接口（Quantum interfaces）用于實現(xiàn)量子信息在光子和存儲粒子（通常為原子）之間的相干轉(zhuǎn)化，是連接量子存儲器或量子計算單元與光量子通信通道間的重要界面。類似于經(jīng)典接口的廣泛應(yīng)用，量子接口是量子信息領(lǐng)域的基本元器件，實現(xiàn)量子接口之間的糾纏是構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)和未來量子互聯(lián)網(wǎng)的一個基本要求。在量子信息科學(xué)中，光子擁有最快的傳輸速度，是傳播量子信息的最佳載體，而原子擁有很長的量子相干時間，被廣泛用于量子信息的存儲。量子接口將光子和存儲原子連接起來，實現(xiàn)量子信息在不同載體間的高效相互轉(zhuǎn)換。
圖2：25個原子系綜量子接口陣列中量子糾纏的驗證。
2001年，段路明與合作者提出著名的DLCZ（Duan-Lukin-Cirac-Zoller)量子中繼方案，建議用原子系綜作為光子與存儲器之間的量子接口。得益于眾多原子和光模式之間的集體增強效應(yīng)，基于原子系綜的DLCZ方案是量子接口的一個理想選擇，在量子信息領(lǐng)域影響很大，國際上多個研究組致力于實現(xiàn)DLCZ型量子接口及其相互間的量子糾纏。加州理工學(xué)院的著名量子信息和量子光學(xué)專家Kimble研究組，在此方向經(jīng)過系列工作，于2010年實現(xiàn)了4個DLCZ型量子接口之間的糾纏，代表此前的國際記錄。
為了實現(xiàn)更多量子接口間的糾纏，構(gòu)造更大的量子糾纏網(wǎng)絡(luò)，段路明研究組研發(fā)了新穎的二維量子接口陣列，解決了相關(guān)技術(shù)問題，可以方便地實現(xiàn)多個量子接口間的糾纏。研究人員通過光束復(fù)分技術(shù)，獨立尋址并相干調(diào)控5×5的量子接口陣列，制備了多體量子糾纏態(tài)，在25個量子接口之間，實驗利用糾纏判據(jù)以高置信度證明至少存在22體以上的真實糾纏，刷新了量子接口糾纏數(shù)量的世界記錄。《科學(xué)?進展》的審稿人對該工作有很高的評價，一位審稿人認(rèn)為：“這是一個創(chuàng)紀(jì)錄的糾纏個數(shù)，也是構(gòu)建第一個量子網(wǎng)絡(luò)過程中的一個重要的里程碑”；另一位審稿人意見：“這一實驗定義了原子光子之間量子接口的目前最高水平，我相信該結(jié)果在量子信息領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生重要影響”。
該論文第一作者為清華大學(xué)交叉信息研究院博士研究生濮云飛，通訊作者為段路明教授，其他作者包括交叉信息研究院博士研究生蔣楠、常煒、李暢，張勝以及美國密西根大學(xué)博士研究生吳宇愷。項目得到教育部、科技部以及清華大學(xué)的經(jīng)費支持。
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文章鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaar3931.full
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