中國科大實現原子和分子間的量子糾纏

2020-12-05 人民網安徽頻道

關於量子糾纏，科學家們研究對象多是光子。最新的研究標明，經過調控，分子尺度也可以出現量子糾纏現象。

據中國科學技術大學消息，中科院微觀磁共振重點實驗室教授林毅恆與美國國家標準技術研究所合作，在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控，首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態，並且通過定量表徵手段，確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。

該項成果已於5月20日在線發表在《自然》上。這項成果對於未來利用分子進行量子信息處理有重要推動作用。

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。研究發現，分子可以作為媒介，用於匹配和溝通頻率迥異的不同量子系統，實現複合的量子體系和信息處理平臺。

在本研究中，科學家通過在離子阱體系束縛帶電的鈣原子和氫化鈣分子，使用雷射調控制備出他們之間的糾纏態。

這項研究工作結合了近年來發展的多項重要技術，包括利用帶電原子和分子的電相互作用實現信息的傳遞，可以在不丟失分子的情況下利用原子間接讀出其信息；使用紅外的雷射實現分子轉動態的高精度調控等技術。

實驗中，研究人員首先初始化原子和分子到某個確定的低能量狀態（基態），並且冷卻他們的運動到接近量子的極限。繼而使用雷射製備出單個分子轉動維度，轉動出高低能量的疊加狀態，再通過一些列複雜的雷射脈衝序列，產生所需的量子關聯——糾纏態。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範圍在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範圍內遠高出這個閾值，表明糾纏態的產生。

據介紹，本文的第一完成單位是中科院微觀磁共振重點實驗室。該實驗室從2000年起一直從事自旋相關的量子計算研究，保持著使用量子算法完成最大整數的質因數分解、室溫固態體系最高精度量子邏輯門控制等世界記錄。（汪瑞華 楊凡）

(責編：關飛、金蕾欣)

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