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我科學(xué)家首次制備出單原子和單分子之間的量子糾纏態(tài)

吳長鋒 發(fā)布時(shí)間:2020-05-27 08:57:00來源: 科技日報(bào)

  記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校杜江峰院士團(tuán)隊(duì)與合作者合作,首次制備了單原子和單分子之間的量子糾纏態(tài),并且通過定量表征手段,確定產(chǎn)生的量子糾纏超過臨界閾值。研究成果日前在線發(fā)表在《自然》上。

  目前有多種體系可用于探索實(shí)現(xiàn)量子傳感和量子信息處理。其中,分子作為多個(gè)原子組成的系統(tǒng),原子集團(tuán)可以轉(zhuǎn)動(dòng)和發(fā)生振動(dòng),由此帶來獨(dú)特的屬性。因此分子可以處于能量跨度相當(dāng)大的不同量子狀態(tài),狀態(tài)之間能量差別所對應(yīng)的頻率可以從接近零一直到達(dá)數(shù)百THz(每秒百萬億次)的光學(xué)頻率,因此分子可以作為媒介,用于匹配和溝通頻率迥異的不同量子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)復(fù)合的量子體系和信息處理平臺(tái)。另外,極性分子之間可以產(chǎn)生長程的相互作用,有利于實(shí)現(xiàn)新型的量子信息處理平臺(tái),這樣的關(guān)聯(lián)屬性在量子計(jì)算和一些量子精密測量中有重要應(yīng)用。

  研究人員通過在離子阱體系束縛帶電的鈣原子和氫化鈣分子,使用激光調(diào)控制備出他們之間的糾纏態(tài)。當(dāng)鈣離子的電子軌道狀態(tài)處于基態(tài),分子的轉(zhuǎn)動(dòng)也在低轉(zhuǎn)動(dòng)能量狀態(tài)的一種整體狀態(tài);同時(shí)可以“疊加”截然不同的另一種整體態(tài)——前者處于軌道的激發(fā)態(tài),對應(yīng)分子處于高轉(zhuǎn)動(dòng)能量的狀態(tài)。相反的激發(fā)配對也可以制備。基態(tài)和激發(fā)態(tài)可以存儲(chǔ)量子信息,類似二進(jìn)制的“0”和“1”,即量子比特。最后,通過觀察不同情況下原子和分子協(xié)同的狀態(tài)關(guān)聯(lián),可以整合所有信息成一個(gè)范圍在0到1之間的值,超過0.5的閾值即表示糾纏態(tài)的出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中測得的數(shù)值在誤差范圍內(nèi)遠(yuǎn)高出這個(gè)閾值,表明糾纏態(tài)的產(chǎn)生。

  這項(xiàng)成果對于未來考慮使用分子進(jìn)行量子信息處理有重要推動(dòng)作用。

(責(zé)編: 賈春玲)

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