中國(guó)科學(xué)院19日發(fā)布消息說(shuō)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、苑震生教授等在超冷原子量子計(jì)算和模擬研究中取得重要進(jìn)展——他們?cè)诶碚撋咸岢霾?shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)原子深度冷卻新機(jī)制的基礎(chǔ)上，在光晶格中首次實(shí)現(xiàn)1250對(duì)原子高保真度糾纏態(tài)的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規(guī)模化量子計(jì)算與模擬奠定基礎(chǔ)。

這項(xiàng)將極大推動(dòng)量子計(jì)算和模擬領(lǐng)域發(fā)展的研究成果論文，當(dāng)日在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以“First Release”形式在線發(fā)表。《科學(xué)》審稿人對(duì)該研究給與高度評(píng)價(jià)稱，“他們?cè)谠颖忍刂袑?shí)現(xiàn)了我所知的最低的熵，并且是在如此大的(1萬(wàn)個(gè)原子)系統(tǒng)中”“開(kāi)發(fā)新的晶格量子氣體制冷技術(shù)，是該學(xué)界為了研究新物態(tài)和滿足量子信息處理需求的重要目標(biāo)”。

在實(shí)現(xiàn)量子比特的眾多物理體系中，光晶格超冷原子比特和超導(dǎo)比特具備良好的可升擴(kuò)展性和高精度的量子操控性，是最有可能率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量子糾纏的系統(tǒng)。自2010年開(kāi)始，中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)與德國(guó)海德堡大學(xué)合作，對(duì)基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息處理展開(kāi)聯(lián)合攻關(guān)。該團(tuán)隊(duì)前期研究中已制備600多對(duì)保真度為79%的超冷原子糾纏態(tài)，但由于晶格中原子的溫度偏高，使得晶格中原子填充缺陷大于10%，這對(duì)糾纏原子對(duì)連接形成更大的多原子糾纏態(tài)和提升糾纏保真度有很大影響。

在最新完成的實(shí)驗(yàn)研究中，中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)首次提出使用交錯(cuò)式晶格結(jié)構(gòu)將處在絕緣態(tài)的冷原子浸泡到超流態(tài)冷原子中的新制冷機(jī)制，制冷后使系統(tǒng)的熵降低65倍，達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的低熵，使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出兩原子比特高速糾纏門，獲得糾纏保真度為99.3%的1250對(duì)糾纏原子。

中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)表示，后續(xù)將通過(guò)連接多對(duì)糾纏原子的方法，制備幾十到上百個(gè)原子比特的糾纏態(tài)，用以開(kāi)展單向量子計(jì)算和復(fù)雜強(qiáng)關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)量子模擬研究。同時(shí)，研究成果中的新制冷技術(shù)，也將有助于對(duì)超冷費(fèi)米子系統(tǒng)的深度冷卻，使得系統(tǒng)達(dá)到模擬高溫超導(dǎo)物理機(jī)制的苛刻溫區(qū)。

據(jù)了解，基于量子力學(xué)的基本原理，量子計(jì)算和模擬被認(rèn)為是后摩爾時(shí)代推動(dòng)高速信息處理的顛覆性技術(shù)，有望解決諸如高溫超導(dǎo)機(jī)制模擬、密碼破解等重大科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。量子糾纏是量子計(jì)算的核心資源，量子計(jì)算的能力將隨糾纏比特?cái)?shù)目的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng)。因此，大規(guī)模糾纏態(tài)的制備、測(cè)量和相干操控是該研究領(lǐng)域的核心問(wèn)題，而高品質(zhì)糾纏粒子對(duì)的同步制備是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模糾纏態(tài)的首要條件。(完)

關(guān)鍵詞：