我國科學家首次制備出單原子和單分子之間的量子糾纏態科技

2020-05-27

來源:科技日報

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科技日報訊?(記者吳長鋒)記者從中國科學技術大學獲悉,該校杜江峰院士團隊與合作者合作,首次制備了單原子和單分子之間的量子糾纏態,并且通過定量表征手段,確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。研究成果日前在線發表在《自然》上。

目前有多種體系可用于探索實現量子傳感和量子信息處理。其中,分子作為多個原子組成的系統,原子集團可以轉動和發生振動,由此帶來獨特的屬性。因此分子可以處于能量跨度相當大的不同量子狀態,狀態之間能量差別所對應的頻率可以從接近零一直到達數百THz(每秒百萬億次)的光學頻率,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,實現復合的量子體系和信息處理平臺。另外,極性分子之間可以產生長程的相互作用,有利于實現新型的量子信息處理平臺,這樣的關聯屬性在量子計算和一些量子精密測量中有重要應用。

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,使用激光調控制備出他們之間的糾纏態。當鈣離子的電子軌道狀態處于基態,分子的轉動也在低轉動能量狀態的一種整體狀態;同時可以“疊加”截然不同的另一種整體態——前者處于軌道的激發態,對應分子處于高轉動能量的狀態。相反的激發配對也可以制備。基態和激發態可以存儲量子信息,類似二進制的“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同的狀態關聯,可以整合所有信息成一個范圍在0到1之間的值,超過0.5的閾值即表示糾纏態的出現。實驗中測得的數值在誤差范圍內遠高出這個閾值,表明糾纏態的產生。

這項成果對于未來考慮使用分子進行量子信息處理有重要推動作用。

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