冷原子研究取得突破-確定性製備近千個原子糾纏態
量子糾纏態在量子信息、量子計算與精密測量等前沿科學問題中具有重大意義,它們的製備是量子物理的重要研究方向。根據量子力學的基本原理,干涉結果可以由每個粒子沿不同路徑或內態的振幅相干疊加而得到。基於這種波動性質的干涉儀廣泛應用於各式各樣的精密測量物理系統中,增加干涉儀中使用的粒子/光子數可以提高幹涉儀的信噪比。利用粒子之間的量子關聯,可以實現超越經典極限的測量精度,這樣的糾纏態目前已經在多種體系中實現。最好的指標是在冷原子系統中獲得的,其對應的粒子數N可以達到甚至超過百萬。而所謂的最大糾纏態NOON態和Dicke態可以實現接近海森堡極限的測量精度,但目前這種量子態只在離子、光子和核自旋體系上有成功的實驗報道,最多對應了10個左右的粒子。
近期,國家重大科學研究計劃量子調控研究項目「冷原子與偶極量子氣體的性質與調控」清華大學尤力研究組取得了重大進展,成功製備了量子糾纏的雙數態(Twin-Fock)原子玻色凝聚體(BEC)。這是一種原子在兩個模式上具有同等粒子數的多體糾纏Dicke態。目前,該實驗平台能在每40秒內確定性地製備一個由約10000個粒子組成的多體糾纏態,從非糾纏的初態到雙數態凝聚體的轉換效率高達96±2%。該項研究首次驗證了量子相變可以作為製備多體量子糾纏態的有效手段,研究論文於2017年2月10日發表於《Science》雜誌上。


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